钛酸锂复合材料制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-08-10 11:13

  本文关键词：钛酸锂复合材料制备及其电化学性能研究

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【摘要】：随着化石能源带来的环境污染等问题,以锂离子电池为代表的清洁能源成为重要研究方向,并逐渐应用于电动汽车、混合动力汽车等领域。“零应变”材料尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5012)具有安全性高、充放电性能好、循环性能优良、充放电电压平台稳定等优点,但较低理论电容量(175mAh/g)和电导率(10-13 Scm-1)限制其商业发展。因此本文通过制备Li4Ti5012/TiO2纳米复合材料,石墨烯(RGO)掺杂改性Li4Ti5O12以及石墨烯与乙炔黑复合导电剂来提高其电子导率以及锂离子扩散系数。采用水热法在130℃下反应24h制备前驱体,探究不同煅烧温度和时间下Ti02的形成对Li4Ti5O12形貌及电学性能的影响。创新性的采取分步煅烧法,分别在400及500℃煅烧5h,Li：Ti比为4：5。通过SEM可知为结晶度良好、粒径分布均匀、纳米片结构,片层厚度均为20nm左右,锂离子扩散速率为7.27*10-14。该复合材料在0.1C首次放电比容量达到189.5 mAh/g,在50C比容量达到123.0 mAAh/g,循环50圈后放电比容量为120.0 mAh/g,电容量保持率为98.6%,体现了良好的循环性能和倍率性能。采取原位合成Li4Ti5O12/RGO,RGO并未改变Li4Ti5O12片状结构结构中,材料表面光滑、片层厚度为15nm。当RGO质量比为5%表现出最佳宏观电学性能,0.1C、40C下放电容量分别为243.0mAh/g.125.4mAh/g。40C循环200圈后电容量为100.2mAh/g,保持率为80.0%。探讨了石墨烯与乙炔黑复合导电剂对商品钛酸锂负极材料和磷酸铁锂正极材料电极性能的影响。结果表明小电流充放电时,石墨烯的引入对放电比容量没有太大影响,随着放电电流密度的增大,石墨烯含量为1%时表现出最好电学性能。负极材料在1C、5C下,Li4Ti5O12放电量分别在120.0mAh/g.64.8mAh/g,分别是0.1C下的80.0%、43.2%。
【关键词】：水热法 钛酸锂 二氧化钛 石墨烯 导电剂
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM912
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 锂离子电池简介11-14
• 1.2.1 锂离子电池结构和工作原理11-12
• 1.2.2 锂离子电池优缺点12-13
• 1.2.3 锂离子电池正极材料13
• 1.2.4 锂离子电池负极材料13-14
• 1.3 LI_4TI_5O_(12)国内外研究现状14-17
• 1.3.1 制备纳米材料14-15
• 1.3.2 离子掺杂15-16
• 1.3.3 表面包覆16-17
• 1.4 导电剂研究现状17-18
• 1.5 本课题研究意义18
• 1.6 本课题研究内容18-19
• 2 实验部分19-23
• 2.1 实验药品及仪器19-20
• 2.2 电池的组装20
• 2.2.1 极片的制备20
• 2.2.2 扣式电池的组装20
• 2.3 结构表征手段20-21
• 2.3.1 X射线衍射分析20-21
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)分析21
• 2.3.3 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析21
• 2.4 电学性能测试21-23
• 2.4.1 充放电循环测试21
• 2.4.2 循环伏安测试(CV)21-22
• 2.4.3 交流阻抗谱测试(EIS)22-23
• 3 钛酸锂/二氧化钛复合材料制备及电化学性能的研究23-38
• 3.1 引言23
• 3.2 实验方案23-24
• 3.3 煅烧条件的影响24-34
• 3.3.1 煅烧温度的影响24-32
• 3.3.2 煅烧时间的影响32-34
• 3.4 锂钛比例的影响34-36
• 3.4.1 电化学测试分析34-36
• 3.5 本章小结36-38
• 4 原位合成钛酸锂/石墨烯复合材料及电化学性能研究38-51
• 4.1 引言38
• 4.2 实验方案38-39
• 4.3 石墨烯最佳掺杂比例39-46
• 4.3.1 表征39-41
• 4.3.2 电学性能测试41-46
• 4.4 不同形态碳的影响46-49
• 4.4.1 表征47
• 4.4.2 电学性能分析47-49
• 4.5 本章小结49-51
• 5 复合导电剂对电极材料电化学性能影响51-56
• 5.1 引言51
• 5.2 实验方案51
• 5.3 负极导电剂配比的确定51-55
• 5.3.1 负极材料LTO复合导电剂比例的确定52-54
• 5.3.2 正极材料磷酸铁锂导电剂比例的确定54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 6 结论56-57
• 参考文献57-60
• 作者简历及攻读硕士期间取得的研究成果60-62
• 学位论文数据集62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吕岩;张浩;曹高萍;王碧燕;;提高负极材料Li_4Ti_5O_(12)倍率性能的进展[J];电池;2010年03期

2 武洪彬;陈猛;康亮;;高温固相法合成的Li_(4-x)Al_xTi_5O_(12)的性能[J];电池;2010年02期

3 黎卫强;;紫外可见分光光度计在食品检测中的应用[J];企业科技与发展;2010年06期

4 王辰云;华宁;康雪雅;韩英;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展[J];电子元件与材料;2009年12期

5 雷保义;胡芳华;杨效益;;利用煤矸石制备4A沸石的方法[J];日用化学品科学;2009年09期

6 蒋荣立;孔德顺;夏小波;陈文龙;;偏高岭石-碱-硅酸钠水热反应体系13X分子筛的合成[J];硅酸盐学报;2008年06期

7 王雪静;张甲敏;杨胜凯;杨风霞;;偏高岭土水热合成NaY分子筛的机理研究[J];无机化学学报;2008年02期

8 唐致远,卢星河,张娜;尖晶石型LiMn_2O_4电池材料的元素掺杂[J];化学通报;2005年05期

9 易惠华,戴永年,代建清,姚耀春,胡成林;锂离子电池正极材料的现状与发展[J];云南化工;2005年01期

10 彭同江,孙红娟,焦永峰,刘福生;膨润土直接碱溶法制备4A沸石分子筛的试验[J];中国矿业;2005年02期

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本文编号：650379