动力电池钛酸锂负极材料的制备及性能研究

发布时间：2018-03-02 07:25

  本文关键词： Li_4Ti_5O_(12) 水热法 石墨烯 Li_4Ti_5O_(12)/Ag复合材料 掺杂　出处：《合肥工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：锂离子电池由于具有能量密度高、无记忆效应、安全性高等优点不仅被广泛应用在便携式电子设备中,也正逐步走向混合动力汽车、大型储能设备等领域。钛酸锂因其循环性能好、结构稳定,被认为是一种有前景的锂离子电池负极材料。在本论文中,通过液相法成功制备了钛酸锂材料,并通过离子掺杂(Na+、Zr4+)和包覆导电性材料(Ag、石墨烯)来弥补Li4Ti5O12的固有缺陷,主要结论如下:1.通过水热法成功制备了钛酸锂材料;在700℃煅烧8 h得到的Li4Ti5O12具有较高的纯度和结晶度,在0.2 C时其放电比容量达到167.4 mAh/g。此外,通过Na掺杂得到了Li4-xNax Ti5O12样品,XRD结果表明所有样品仍为尖晶石结构;其中,Li3.9Na0.1Ti5O12样品具有最高的比容量,在1 C时比容量达到153.4 mAh/g,循环40次后容量维持在136.8 mAh/g,容量保持率为89.17%。2.通过溶剂热法得到了Li3.9Na0.1Ti5O12/石墨烯复合材料,石墨烯片层均匀分布在Li3.9Na0.1Ti5O12颗粒间,使复合材料具有较高的电子迁移率。电化学测试表明该电极(3 wt%GO)具有良好的循环稳定性和较高的比容量,在1 C时比容量达到158.8 mAh/g,循环40次后比容量依然维持在146.3 mAh/g。此外,通过无电沉积法在钛酸锂中引进了细小的Ag微粒,大大提高了材料的导电性,结果表明Li4Ti5O12/Ag电极具有良好的电化学性能。3.通过溶剂热法成功制取了纳米级Li4Ti5-xZrxO12样品,避免了钛酸丁酯与水的快速水解。XRD结果表明部分掺杂的Zr原子进入了Li4Ti5O12晶格中,但没有改变其尖晶石的晶体结构。Li4Ti4.9Zr0.1O12样品比纯相Li4Ti5O12具有更高的储锂容量和更好的循环稳定性,在0.5 C时其放电比容量为171.1 mAh/g,接近理论比容量175 mAh/g,循环40次后容量保持率仍为92.11%。4.通过“共水解”作用在600℃于氩气环境中煅烧3 h得到了二维片层C-Li4Ti5O12复合材料,该材料具有较大的比表面积和良好的导电性。结果表明该材料具有较高的比容量,在0.5 C时放电比容量达到186.6 mAh/g,而且倍率性能优异。此外,在C-Li4Ti5O12中引进了高导电性石墨烯,有效提高了材料的电化学性能。
[Abstract]:Li-ion batteries are not only widely used in portable electronic devices, but also moving towards hybrid electric vehicles because of their advantages of high energy density, no memory effect and high safety. Lithium titanate is considered to be a promising anode material for lithium ion batteries due to its good cycling performance and stable structure. In this paper, lithium titanate was successfully prepared by liquid phase method. The inherent defects of Li4Ti5O12 were remedied by ion doping with Na _ (2 +) Zr _ (4) and coated conductive materials ((AgAggraphene)). The main conclusions were as follows: 1. Lithium titanate was successfully prepared by hydrothermal method. The Li4Ti5O12 obtained by calcination at 700 鈩，

本文编号：1555550