鈦酸鋰鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其改性研究.pdf

1、鋰離子電池已經(jīng)廣泛用于手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦，可穿戴設(shè)備等各類便攜性電子設(shè)備和純電動(dòng)汽車（EV）、插電式混合動(dòng)力汽車（HEV）的電源器件中。隨著新能源電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展，電池作為新能源電動(dòng)汽車的核心部件之一，目前市場上廣泛使用的石墨類負(fù)極材料已經(jīng)不能滿足電動(dòng)車高容量，高放電倍率，高循環(huán)性能的要求。而尖晶石型鈦酸鋰材料由于插嵌鋰離子過程中體積幾乎不發(fā)生變化，因此具有極佳的循環(huán)穩(wěn)定性；而起較高的充放電平臺(tái)也使之具有極佳的安全性。然而，鈦

2、酸鋰的較低的導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散速率影響了其在高電流密度下的應(yīng)用，因此，尋求方法改善鈦酸鋰在高電流倍率下的電化學(xué)性能，適應(yīng)新能源汽車等應(yīng)用的需求，具有很大的研究意義。
　　改性鈦酸鋰的主要方式為表面改性，制備特殊形貌的納米材料和陽離子摻雜。本文嘗試了摻雜了不同比例的碳納米管和制備空心核殼結(jié)構(gòu)的納米材料（同時(shí)摻雜二氧化鈦），并對(duì)材料進(jìn)行了成分，結(jié)構(gòu)和形貌的表征以及制成紐扣電池進(jìn)行電化學(xué)測試，得到如下結(jié)果：
　?。?）本文利用球磨輔

3、助下的固相法制備了不同摻雜比例的鈦酸鋰/碳納米管復(fù)合材料（Q1，Q2，Q3，Q4），其碳納米管的摻雜量分別為0.7wt％，2.23wt%，4.03wt%和6.01wt%。其中 Q3形成了較為明顯的碳納米管包覆網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而Q2碳納米管只在小范圍區(qū)域形成了包覆鈦酸鋰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而 Q4出現(xiàn)了碳納米管的纏結(jié)和堆積，Q1中則因?yàn)樘技{米管含量太少而很難觀測到碳納米管的存在。將材料分別制成紐扣電池，在10C倍率下，純鈦酸鋰材料的初始容量僅有68mA

4、h/g，在循環(huán)42周后，迅速掉至52.9 mAh/g。Q1初始容量沒有太大的提升，但是循環(huán)1000周后，容量也沒有明顯的衰減，而Q2在相同循環(huán)周數(shù)下，其比容量略微提升一些。Q3初始比容量有了較高的提升，達(dá)到了87 mAh/g，并且循環(huán)了1000周以后，容量也沒有明顯的損耗。
　?。?）本文利用水熱法制備了具有表面片層結(jié)構(gòu)的核殼結(jié)構(gòu)的 Li4Ti5O12/TiO2復(fù)合材料。鋰源和鈦源比例6:1和4:1的樣品在合適的工藝下可以制備成具

5、有片層結(jié)構(gòu)的空心核殼狀的Li4Ti5O12/TiO2復(fù)合材料或者純Li4Ti5O12材料。而鋰源和鈦源比例為2:1和1:1的樣品則因?yàn)榭招暮藲そY(jié)構(gòu)坍塌而形成無定型的結(jié)構(gòu)。同時(shí)TEM下觀測到，空心核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部還存在納米棒的結(jié)構(gòu)。將材料分別制備成紐扣電池，鋰源和鈦源比例為4:1和6:1的樣品的初始比容量和循環(huán)1000周后的比容量分別為241~178 mAh/g和217~169 mAh/g，容量保持率為74%和78%（10C）;172~144

6、 mAh/g和172~131 mAh/g，容量保持率為84%和76%（20C）；152~128 mAh/g和133~111 mAh/g，容量保持率為84%和85%（30C）。鋰源和鈦源比例為6:1的樣品在1C，2C，5C，10C，20C和30C循環(huán)20周后的放電比容量分別為243mAh/g，236 mAh/g，230 mAh/g，210 mAh/g，170 mAh/g和125 mAh/g。鋰源和鈦源比例為4:1的樣品在1C，2C，5C，