钛酸锂的制备及改性研究
发布时间：2021-10-10 03:45
尖晶石型Li4Ti5O12具有充放电平台位高,安全性能好,充放电过程体积无变化等一系列优点,成为新的锂离子电池负极材料。实验采用不同方法合成Li4Ti5O12,从制备工艺、形貌改性、结构特征、电化学性能、反应机理等方面对尖晶石型Li4Ti5O12进行了深入的研究。采用溶胶凝胶法,以柠檬酸为配位剂,钛酸四丁酯,乙酸锂和碳酸锂为原料,于700900℃保温不同时间合成Li4Ti5O12粉体。研究表明,随着煅烧温度和保温时间的增加,纯度和比表面积也在逐渐增加。在900℃煅烧8 h得到纯相Li4Ti5O12,其在0.1 C的充放电性能测试中,首次放电比容量为223 m Ah/g,经过50次循环后,放电比容量为217 m Ah/g,保持率为97.3%。...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的主要材料Fig.1Themainmaterialoflithiumionbattery
华北理工大学硕士学位论文-4-图2锂离子电池工作原理Fig.2workingprincipleoflithiumionbattery1.4锂离子电池的正极材料任何电池都有正负极，正负极是不可缺失的，不仅如此，电池能否正常工作对电池的正极要求很高[28]。所以，锂离子电池的正极材料，要具备以下的要求：1）具有能进行高电压输出的高氧化还原电位。2）需要有极好的导电性来满足电池的快速充放电。3）化学性能必须稳定，在充放电时正极材料不能与电解液发生反应。4）正极材料要经济无污染。目前最常用的锂离子电池正极材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4和LiFePO4等。1.4.1LiCoO2正极材料LiCoO2的可逆容量为140mAh/g，嵌锂电位为3.7V，电压平台平稳，充放电时，LiCoO2的循环稳定性很好，在制备时易于合成[29]。因此，LiCoO2最早被应用到锂离子电池正极中，优先占据了市常尽管LiCoO2具有很多优点，比其他正极材料更好，但是LiCoO2的理论比容量偏小，且地球中钴含量较少，钴资源是十分匮乏的，所以钴的价格比较昂贵。此外LiCoO2正极材料有毒性、易于污染环境，对人体不安全。所以，当前学者寻找替换LiCoO2正极材料刻不容缓。1.4.2LiNiO2正极材料
华北理工大学硕士学位论文-18-Li4Ti5O12的晶粒生成速率过慢，晶型不易形成，且会有TiO2杂质残留；温度过高，会造成大量锂源挥发，导致不必要的损失；此外，高温会导致产物团聚严重或生成其他类型钛酸锂[85]，影响产物的电化学性能。因此，溶胶-凝胶法煅烧温度的选择极为重要。实验中，以柠檬酸为配位剂，考察不同煅烧温度（700℃、800℃、900℃）制备的Li4Ti5O12的物相。图3为不同煅烧温度（700℃、800℃、900℃）制备的Li4Ti5O12的XRD衍射图谱。由图可知，700℃、800℃、900℃制备的样品的衍射峰与Li4Ti5O12的标准图谱基本吻合，说明制备的样品是具备尖晶石结构的Li4Ti5O12。图中样品的Li4Ti5O12主衍射峰随着煅烧温度的增加而增强，峰型变得尖锐，样品的结晶度在增加。700℃制备的样品的各衍射峰尖锐，表明该条件下Li4Ti5O12已基本生成。但700℃和800℃有杂质金红石型TiO2和Li2TiO3的特征峰存在，随着温度的升高，TiO2和Li2TiO3的衍射峰在逐渐减弱，Li4Ti5O12的衍射峰逐渐增强，说明TiO2和Li2TiO3发生反应，生成Li4Ti5O12。当煅烧温度为900℃时，TiO2和Li2TiO3的衍射峰完全消失，无其他杂质的衍射峰存在，说明900℃制备的样品是单一物相的Li4Ti5O12。图3不同煅烧温度制备的Li4Ti5O12的XRD谱图Fig.3TheXRDpatternsofLi4Ti5O12synthesizedatdifferenttemperatures为了比较不同煅烧温度（700℃、800℃、900℃）制备的Li4Ti5O12样品颗粒群的粒度分布情况，采用粒度分析仪测试样品的比表面积和粒度分布，结果如表3所示。由表3可知，不同煅烧温度制备的样品颗粒均达到微米级，比表面积分别为：
本文编号：3427580
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的主要材料Fig.1Themainmaterialoflithiumionbattery
华北理工大学硕士学位论文-4-图2锂离子电池工作原理Fig.2workingprincipleoflithiumionbattery1.4锂离子电池的正极材料任何电池都有正负极，正负极是不可缺失的，不仅如此，电池能否正常工作对电池的正极要求很高[28]。所以，锂离子电池的正极材料，要具备以下的要求：1）具有能进行高电压输出的高氧化还原电位。2）需要有极好的导电性来满足电池的快速充放电。3）化学性能必须稳定，在充放电时正极材料不能与电解液发生反应。4）正极材料要经济无污染。目前最常用的锂离子电池正极材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4和LiFePO4等。1.4.1LiCoO2正极材料LiCoO2的可逆容量为140mAh/g，嵌锂电位为3.7V，电压平台平稳，充放电时，LiCoO2的循环稳定性很好，在制备时易于合成[29]。因此，LiCoO2最早被应用到锂离子电池正极中，优先占据了市常尽管LiCoO2具有很多优点，比其他正极材料更好，但是LiCoO2的理论比容量偏小，且地球中钴含量较少，钴资源是十分匮乏的，所以钴的价格比较昂贵。此外LiCoO2正极材料有毒性、易于污染环境，对人体不安全。所以，当前学者寻找替换LiCoO2正极材料刻不容缓。1.4.2LiNiO2正极材料
华北理工大学硕士学位论文-18-Li4Ti5O12的晶粒生成速率过慢，晶型不易形成，且会有TiO2杂质残留；温度过高，会造成大量锂源挥发，导致不必要的损失；此外，高温会导致产物团聚严重或生成其他类型钛酸锂[85]，影响产物的电化学性能。因此，溶胶-凝胶法煅烧温度的选择极为重要。实验中，以柠檬酸为配位剂，考察不同煅烧温度（700℃、800℃、900℃）制备的Li4Ti5O12的物相。图3为不同煅烧温度（700℃、800℃、900℃）制备的Li4Ti5O12的XRD衍射图谱。由图可知，700℃、800℃、900℃制备的样品的衍射峰与Li4Ti5O12的标准图谱基本吻合，说明制备的样品是具备尖晶石结构的Li4Ti5O12。图中样品的Li4Ti5O12主衍射峰随着煅烧温度的增加而增强，峰型变得尖锐，样品的结晶度在增加。700℃制备的样品的各衍射峰尖锐，表明该条件下Li4Ti5O12已基本生成。但700℃和800℃有杂质金红石型TiO2和Li2TiO3的特征峰存在，随着温度的升高，TiO2和Li2TiO3的衍射峰在逐渐减弱，Li4Ti5O12的衍射峰逐渐增强，说明TiO2和Li2TiO3发生反应，生成Li4Ti5O12。当煅烧温度为900℃时，TiO2和Li2TiO3的衍射峰完全消失，无其他杂质的衍射峰存在，说明900℃制备的样品是单一物相的Li4Ti5O12。图3不同煅烧温度制备的Li4Ti5O12的XRD谱图Fig.3TheXRDpatternsofLi4Ti5O12synthesizedatdifferenttemperatures为了比较不同煅烧温度（700℃、800℃、900℃）制备的Li4Ti5O12样品颗粒群的粒度分布情况，采用粒度分析仪测试样品的比表面积和粒度分布，结果如表3所示。由表3可知，不同煅烧温度制备的样品颗粒均达到微米级，比表面积分别为：
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