碳材料改性实现钛酸锌锂负极材料性能优化
发布时间：2021-12-10 12:17
随着新能源领域的发展,锂离子电池由于其安全环保、寿命长的特点得到广泛应用。作为科技进步的推动者—材料,在提升锂离子电池性能方面起着至关重要的作用。钛酸锌锂作为新型负极材料,具有229 mAh g-1的理论容量（高于钛酸锂）,并且具有和钛酸锂相似的稳定晶体结构,具有相对比较好的循环寿命。然而相对于商业化的石墨负极,钛酸锌锂的导电性较差,容易使其在大电流下产生较大的极化,导致差的电化学性能,为了解决这一问题,本文对钛酸锌锂进行表面碳包覆,以提高其导电性。探究了不同碳源黄腐酸、聚丙烯腈等在不同工艺条件下对钛酸锌锂电化学性能的影响和改性作用机理,主要内容如下:（1）在氮气气氛下高温烧结黄腐酸和钛酸锌锂的混合物,得到表面包覆突起状碳层的钛酸锌锂负极,该结构能够同时得到高的电子电导率和离子电导率,并且碳在提高钛酸锌锂导电性的同时实现了 N和S的共掺杂。实验结果表明,当黄腐酸量为28wt%,煅烧温度为800℃时,得到的材料首次效率达到88%,在0.1、0.2、0.4、0.8和1.6 A g-1电流密度下分别具有191、179.4、165.4、157.1、143.5 mAh g-1的放电容量,且在0....
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１锂离子电池工作原理图［２８］
参数由ａ＝０＿８３７２?ｎｍ、Ｖ＝５８６?Ａ３变成了?ａ＝０．８３９５?ｎｍ、Ｖ＝５９１?Ａ３，晶胞参数??变化了约０．３％）?［３３］，保证了良好的循环稳定性，因此ＬｂＺｎＴｂＯｓ是钛基材料中替代??ＬＵＴｉｓ〇ｉ２的首眩??ＬｂＺｎＴｉ３〇８具有尖晶石结构（立方晶系中的一种），是属于ＬｈＭＭ’３０８?（Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｇ、??Ｚｎ，?Ｍ’＝Ｇｅ、Ｔｉ）尖晶石系列中的一种，具有Ｐ４３３２空间群，该材料最初是被用作介电陶??瓷进行探宂，随后有了关于锂离子电池方面的报道。钛酸锌锂的晶体结构如图１．２所示，??其结构可以写成（Ｌｋ）．５ＺＴＯ．５）?ｔｅｔ?（ＬｋｓＴｉｕ）?＜ｋ，〇４，?Ｌｉ＋可以在其中的三维通道中可逆的嵌入??和脱出，并伴随着ＴｆＶＴＰ＋的氧化还原反应的发生，由于Ｌｉ２ＺｎＴｂ〇８有着复杂的晶体结构，??Ｌｉ＋在其中的迁移路径尚未确定。??ｉｆ??图１．２钛酸锌锂的晶体结构＾１。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬｂＺｎＴｂＯｓ１３５１．??－５?－??
）将ＦＩ、ｌ／３ｗｔ％的Ｆ２和Ｆ３分别在相同条件下于７５０?°Ｃ进行煅烧，升温速度和??降温速度分别控制在５?°Ｃ／ｍｉｎ左右，保温５?ｈ。待降温结束后，取出样品并用３００目的筛??子进行过筛，得到均匀的粉末样品，分别标号为ＦＡ１、ＦＡ２和ＦＡ３。??（３）将剩余的Ｆ２前驱体平均分成两份，分别按照（２）中相同的条件在８００?°Ｃ和??８５０?°Ｃ下进行锻烧并且过筛，得到对比样品标号为ＦＡ２－８００和ＦＡ２－８５０。??３．３结果与讨论??３．３．１?ＸＲＤ?和?Ｒａｍａｎ?分析??图３．１?（ａ）为纯钛酸锌锂（ＰＺ）和包碳后样品（ＬＺＴＯ／Ｃ）的ＸＲＤ衍射图，从图中??能够看出ＦＡ１、ＦＡ２、ＦＡ３以及ＰＺ的晶相相同，都为立方相ＬｂＺｎＴｉ３〇８（ＪＣＰＤＳ＃８６－１５１２）。??根据谢乐公式Ｚ）＝Ｋ；．／（＾ｃｏｓ０），以（３１１）晶面为标准可以计算出ＦＡ１、ＦＡ２、ＦＡ３以及ＰＺ??的平均晶粒直径分别为４５．８、４８．４、４８．０和５４．３?ｎｍ。由于碳的作用，材料平均晶粒尺寸??并没有因为二次烧结而长大。??碳的存在以及石墨化程度可以通过拉曼光谱得到进一步的证实。以ＦＡ２的拉曼为例，??如图３．１?（ｂ）所示，图中长方形范围内的拉曼峰属于ＬｂＺｎＴｂＯｓ的振动模式，除此之外，??位于１３２５?ｃｎｖ１的Ｄ峰和１５８６?ｃｎｒ１的Ｇ峰分别代表无定型的碳和石墨化的碳［４６］，这两个??峰的强度（Ｉｄ／Ｉｇ）比为１．２５，说明黄腐酸在７５０?°Ｃ下烧结得到的碳的石墨化程度比较低。??（ａ）?｜?（ｂ）?Ｄ??．．?．．Ｉ?ｌ?．?ｉ?１?一?＼?ｃ???：：；｜?／Ｍ??．．．１１?Ｉ?．１１?．社－严｝?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Li+在尖晶石钛酸盐Li2ZnTi3O8中的电化学行为[J]. 杨猛,卞亚娟,赵相玉,冯晓叁,汪敏,马立群,沈晓冬. 南京工业大学学报(自然科学版). 2012(06)
[2]锂离子电池负极材料钼掺杂钛酸锂的制备及电化学表征(英文)[J]. 张新龙,胡国荣,彭忠东. 无机材料学报. 2011(04)
[3]锂离子电池隔膜的研究及发展现状[J]. 樊孝红,蔡朝辉,吴耀根,叶舒展,徐冰. 中国塑料. 2008(12)
[4]锂离子电池聚烯烃隔膜的特性及发展现状[J]. 高昆,胡信国,伊廷锋. 电池工业. 2007(02)
本文编号：3532615
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１锂离子电池工作原理图［２８］
参数由ａ＝０＿８３７２?ｎｍ、Ｖ＝５８６?Ａ３变成了?ａ＝０．８３９５?ｎｍ、Ｖ＝５９１?Ａ３，晶胞参数??变化了约０．３％）?［３３］，保证了良好的循环稳定性，因此ＬｂＺｎＴｂＯｓ是钛基材料中替代??ＬＵＴｉｓ〇ｉ２的首眩??ＬｂＺｎＴｉ３〇８具有尖晶石结构（立方晶系中的一种），是属于ＬｈＭＭ’３０８?（Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｇ、??Ｚｎ，?Ｍ’＝Ｇｅ、Ｔｉ）尖晶石系列中的一种，具有Ｐ４３３２空间群，该材料最初是被用作介电陶??瓷进行探宂，随后有了关于锂离子电池方面的报道。钛酸锌锂的晶体结构如图１．２所示，??其结构可以写成（Ｌｋ）．５ＺＴＯ．５）?ｔｅｔ?（ＬｋｓＴｉｕ）?＜ｋ，〇４，?Ｌｉ＋可以在其中的三维通道中可逆的嵌入??和脱出，并伴随着ＴｆＶＴＰ＋的氧化还原反应的发生，由于Ｌｉ２ＺｎＴｂ〇８有着复杂的晶体结构，??Ｌｉ＋在其中的迁移路径尚未确定。??ｉｆ??图１．２钛酸锌锂的晶体结构＾１。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬｂＺｎＴｂＯｓ１３５１．??－５?－??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Li+在尖晶石钛酸盐Li2ZnTi3O8中的电化学行为[J]. 杨猛,卞亚娟,赵相玉,冯晓叁,汪敏,马立群,沈晓冬. 南京工业大学学报(自然科学版). 2012(06)
[2]锂离子电池负极材料钼掺杂钛酸锂的制备及电化学表征(英文)[J]. 张新龙,胡国荣,彭忠东. 无机材料学报. 2011(04)
[3]锂离子电池隔膜的研究及发展现状[J]. 樊孝红,蔡朝辉,吴耀根,叶舒展,徐冰. 中国塑料. 2008(12)
[4]锂离子电池聚烯烃隔膜的特性及发展现状[J]. 高昆,胡信国,伊廷锋. 电池工业. 2007(02)
本文编号：3532615
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