儲能材料Li4Ti5O12和過渡金屬氧化物的制備及改性研究.pdf

1、隨著新能源動力汽車的普及，鋰離子電池首當其沖成為混合動力汽車首選的動力設備。其中鈦酸鋰動力電池，由于其儲能材料Li4Ti5O12是一種新型“零應變”電極材料，具有優(yōu)越的循環(huán)性能、快速充電的能力和超長的使用壽命、清潔環(huán)保等優(yōu)勢，正不斷受市場追捧。過渡金屬氧化物由于具有較高的理論容量，作為潛在的高能電極材料亦不斷被科研工作者所關注。
　　本文在綜述鋰離子電池及其負極材料的研究進展的基礎上，采用新工藝合成了新型儲能材料Li4Ti5O12

2、、TiO2、NiO的制備方法并對材料進行復合改性，并通過運用多種電化學測試手段與掃描電子顯微鏡、EDS能譜分析、透射電子顯微鏡、X射線衍射等現(xiàn)代測試技術相配合，對鈦酸鋰及過渡金屬氧化物的性能進行表征。
　　通過常壓水解離子交換法合成了一系列的Li-Ti-O化合物。前驅體中Li+的數(shù)量直接影響著Li-Ti-O化合物的組成、結構、形貌。所合成的Li4Ti5O12，Li4Ti5O12-Li2TiO3和Li4Ti5O12-TiO2具有多孔

3、的劍狀形貌。其中，多孔劍狀的Li4Ti5O12展示出了高比容量、出色的倍率性能和循環(huán)性能。
　　運用常壓水解離子交換法合成的TiO2具有類花狀微觀結構，每個類花狀微觀結構單元直徑在0.5-2um之間，且每朵“花”均具有直徑20-100nm的晶須。該方法合成疏松的微觀結構有利于電解液更好的浸入活性材料，納米級的晶須可減緩“尺寸效應”，減緩鋰離子擴散阻力，提高鋰離子電導率。其中，非晶態(tài)樣品具有最好的電化學性能，具有350 mAh g-

4、1首次放電比容量，0.1C下循環(huán)50次后具有207.7mAh g-1的可逆容量。
　　使用溶膠凝膠法和靜電紡絲這一納米技術相結合的手段，制備了具有電化學活性的3D多孔結構NiO納米纖維負極材料。不同燒結溫度下獲得的NiO納米纖維活性材料，首次充放電比容量均高于NiO理論容量（718 mAh/g），但首次不可逆容量損失較大。其中，PVP-Ni(Ac)2前驅體納米纖維在500錯誤!未找到引用源。燒結性能最佳。燒結性能最佳，0.1C倍率

5、下循環(huán)50次后，具有334.2 mAh/g的放電比容量。
　　本文通過采取氧化鎳與鈦酸鋰進行復合的方式對負極材料進行改性，取得了很好的效果，使得基體材料的比容量，循環(huán)和倍率性能大幅提升。實驗發(fā)現(xiàn)，四組樣品中LTONiO(5％)顯示了最佳的循環(huán)和倍率性能，308次循環(huán)后以20C放電，其放電比容量仍然高達187.6mAh/g; LTONiO(10%)308次循環(huán)后以20C放電，其放電比容量保持在153.8 mAh/g均高于純LTO30