鋰離子電池用Li4Ti5O12納米復(fù)合材料的合成及電化學(xué)性能的研究.pdf

1、具有高功率和高能量密度的可充電鋰離子電池是手提電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的優(yōu)異的能源。鈦酸鋰Li4Ti5O12(LTO)有零應(yīng)變晶體結(jié)構(gòu)，因此有理由被認(rèn)為是一種長(zhǎng)壽命，安全性好的陽(yáng)極材料。然而，這種材料本身的導(dǎo)電率(10-13 S cm-1)和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(10-910-13 cm2 s-1)相當(dāng)?shù)?，所以限制了它?shí)現(xiàn)高倍率的性能。本論文通過(guò)制備氮化鈦酸鋰介孔球和介孔鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合物改善了鋰離子擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移的效率，實(shí)現(xiàn)了高倍率的應(yīng)用。文中

2、采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)表征了樣品的形貌，采用高分辨透射電鏡(HR-TEM)和X射線光電子能譜(XPS)分析了材料表面包覆層的成分。把這些材料組裝成標(biāo)準(zhǔn)CR2032型紐扣電池后進(jìn)行了電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試循環(huán)伏安(CV)，電化學(xué)阻抗檢測(cè)材料的導(dǎo)電性，通過(guò)恒電流充放電試驗(yàn)測(cè)試了電池的循環(huán)性和倍率性。主要結(jié)果如下:
　　(1)氮化鈦酸鋰介孔球:通過(guò)簡(jiǎn)單氨氣處理鈦酸鋰方法合成了氮化鈦酸鋰介孔球，其中鈦酸鋰來(lái)源于介孔二氧化鈦和二水乙

3、酸鋰在聚乙二醇20000存在的條件下的固相反應(yīng)。碳化的聚乙二醇能夠有效地限制初級(jí)顆粒長(zhǎng)大，利于鋰離子在固相反應(yīng)中擴(kuò)散進(jìn)納米尺寸的二氧化鈦晶格中，形成純相鈦酸鋰。隨后的熱氮處理之后，一個(gè)薄的高導(dǎo)電性TiOxNy層在初級(jí)納米顆粒的表面原位生成。結(jié)果是，氮化的鈦酸鋰介孔結(jié)構(gòu)，擁有更短的鋰離子擴(kuò)散路徑和更好的導(dǎo)電性，展示了顯著提高的倍率性能，在1-3V的電壓范圍下，10C倍率下放電容量能達(dá)到138 mAhg-1，20 C倍率下能達(dá)到120 mA

4、h g-1。這樣突出的倍率和循環(huán)性能主要?dú)w因于導(dǎo)電性TiOxNy納米層在鈦酸鋰表面產(chǎn)生的有利界面和高效混合傳輸網(wǎng)絡(luò)。
　　(2)介孔鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合物：通過(guò)溫和的靜電組裝的方法獲得了介孔鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合物，可以用作鋰離子電池的高倍率負(fù)極材料。石墨烯片和鈦酸鋰球強(qiáng)烈的依附在一起，因此能夠在電極里形成一個(gè)高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來(lái)加速充放電過(guò)程。鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合物的放電容量在20 C倍率下能提高到124 mAh g-1比碳包覆鈦酸鋰電極高