Li 2 MTi 3 O 8 （M=Zn、Co、Ni）的制备及电化学性能
发布时间：2022-02-15 04:24
近几年来,作为储能与动力能源的锂电池逐渐进入人们的视野,锂电池性能的优劣取决于负极材料的选择,寻求一种电化学性能较好的负极材料刻不容缓。采用不同制备工艺合成了Li2MTi3O8（M=Zn、Co、Ni）材料并进行电化学性能研究。采用固相法制备Li2CoTi3O8材料,研究了合成温度和保温时间对Li2CoTi3O8材料的影响,在700～1000℃保温12 h制备出了纯相Li2CoTi3O8样品,其样品颗粒均为球形,并且随着合成温度的升高,样品结晶度增强,颗粒尺寸增大;在800℃保温6～18 h制备的样品均为纯相Li2CoTi3O8,其样品颗粒均为球形,随保温时间的增加,样品结晶度增强,颗粒尺寸增大。其中在800℃保温12 h制备的样品电化学性能最好,其在100.0 m A/g的电流密度下首次放电比容量为243.1 m Ah/g,经...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纽扣锂离子内部结构示意图
第1章文献综述-3-锂离子电池获得高电压、高比性能等性能的保证，一般是由电解质锂盐和有机溶剂在一定条件下，按照一定比例配制而成的[8]。其中，常用的有机溶剂主要有碳酸乙烯烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙脂等，电解质主要有高氯酸锂、六氟磷化锂、六氟硼化锂等[9]。图1是纽扣锂离子内部结构示意图，从图中我们可以直观的看到锂离子电池内部结构，除了必要的正极、负极、隔膜和电解液之外，它包括正极壳、负极盖和胶圈，这些是一块完整的商业电池所必需的的组成部分。正因为这些结构组成的存在，从而保证了锂离子电池能够安全稳定的正常工作。图1纽扣锂离子内部结构示意图Fig.1Lithium-ionbuttonbatteryinternalstructurediagram1.1.3锂离子电池工作原理锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间往返嵌入或脱出，其原理是利用了隔膜两边Li+的浓度差进行充放电[10]。它的正负极材料是由两种不同的能够允许锂离子在其表面自由脱嵌的化合物质组成。锂电池的工作原理如图2所示，图2锂离子电池充放电工作原理示意图Fig.2Schematicdiagramofchargeanddischargeoflithiumionbattery由图2可知，电池在进行充电时，锂离子从电池的正极材料中迁出，经过电解
华北理工大学硕士学位论文-6-材料相比，具有相更高的体积和质量比能量，其操作电位要远高于金属锂的析出电位，有效避免了充放电过程时金属锂的析出问题，但是锡基材料作为锂离子负极材料最大的问题是它与锂形成合金时，体积会发生巨大的变化，材料内部会产生很大的应力，导致材料破裂、微观结构破坏[28]。1.3.3硅类负极材料硅作为负极材料具有非常高的理论容量，纯硅的实际极限容量更是达到了3579.0mAh/g，因此受到了广泛研究[29]。然而，硅材料在嵌锂的过程中会产生较大的体积变化，导致活性材料从电极表面脱落，与集流体失去接触，从而使得容量衰减明显、循环稳定性变差[30]。1.3.4钛酸盐类负极材料钛酸锂材料作为钛酸盐类负极材料的一种，其分子式为Li4Ti5O12。其在负极材料的应用方面，结构很稳定，充放电前后体积基本保持不变。在特定领域中可以理想地替代碳类负极材料。钛酸锂作为锂离子电池负极材料，被人们称为“零应变”材料，其充放电前后，锂离子的嵌入和脱出对材料结构基本没有影响[31]；充放电平台比较好；其理论比容量为175.0mAh/g，然而其实际比容量一般只达到150.0mAh/g；首次充放电时不与电解液发生反应，充放电效率比较高；价格比较便宜，并且易制备[32]。然而，尽管优点很多，但也有一些缺点，限制它的发展。Li2ZnTi3O8负极材料是立方体尖晶石结构，是尖晶石Li2MM"3O8(M=Zn、Co、Mg，M"=Ti、Ge)系列中的一种[33]。其晶体结构如图3所示[34]：图3Li2ZnTi3O8晶体结构示意图[33]Fig.3CrystalstructureofLi2ZnTi3O8
【参考文献】：
期刊论文
[1]固相法制备钛酸锂电极材料[J]. 庄晓东,李荣兴,俞小花,谢刚,和晓才,徐庆鑫. 材料导报. 2019(16)
[2]硅基锂离子电池负极材料研究进展[J]. 吴宝珍,吴复忠,金会心,卢江腾,陈敬波. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
[3]锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的固相法制备及性能研究[J]. 吕文俊,张海朗,李道荣,李倩倩. 化工新型材料. 2018(08)
[4]石墨烯改性环氧树脂涂层的制备及其性能[J]. 郝松松,孙晓峰,宋巍,李占明,邱骥. 中国表面工程. 2018(03)
[5]锂电池研究中的循环伏安实验测量和分析方法[J]. 聂凯会,耿振,王其钰,岳金明,禹习谦,李泓. 储能科学与技术. 2018(03)
[6]锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展[J]. 谭毅,薛冰. 无机材料学报. 2018(05)
[7]阵列状金红石型TiO2的制备及晶体生长机理[J]. 王亚明,闫焉服,Osaka Akiyoshi,逯峙,王广欣,邓舜岚,宋艳春. 材料热处理学报. 2018(04)
[8]氟掺杂钛酸锂纳米片的制备及其电化学性能[J]. 钱琛,张鹏飞,陈铭,刁国旺. 扬州大学学报(自然科学版). 2017(04)
[9]Li4Ti5O12负极材料的制备及应用研究进展[J]. 季俊红,秦国强,齐满富,常智敏,周媛. 电池工业. 2017(05)
[10]锂电池发展浅谈[J]. 张金龙,佟微,漆汉宏. 电源技术. 2017(09)
博士论文
[1]锂离子电池过渡金属氧化物负极材料的制备及其电化学性能表征[D]. 吕晓欣.苏州大学 2016
[2]锂离子电池负极材料Li2ZnTi3O8的制备及其电化学性能研究[D]. 唐好庆.天津大学 2015
硕士论文
[1]钛酸锌锂负极材料的合成与改性研究[D]. 李周富.天津大学 2017
[2]锂离子电池钛酸锂系列负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 刘杰.天津大学 2015
[3]熔盐法制备锂电池负极材料钛酸锂的研究[D]. 李诗妍.华东理工大学 2013
[4]钛酸锂的高温固相合成及回收再利用[D]. 胡文星.哈尔滨工业大学 2011
[5]锂离子电池负极材料钛酸锂的研究[D]. 赵松鹤.天津大学 2008
本文编号：3625910
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纽扣锂离子内部结构示意图
第1章文献综述-3-锂离子电池获得高电压、高比性能等性能的保证，一般是由电解质锂盐和有机溶剂在一定条件下，按照一定比例配制而成的[8]。其中，常用的有机溶剂主要有碳酸乙烯烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙脂等，电解质主要有高氯酸锂、六氟磷化锂、六氟硼化锂等[9]。图1是纽扣锂离子内部结构示意图，从图中我们可以直观的看到锂离子电池内部结构，除了必要的正极、负极、隔膜和电解液之外，它包括正极壳、负极盖和胶圈，这些是一块完整的商业电池所必需的的组成部分。正因为这些结构组成的存在，从而保证了锂离子电池能够安全稳定的正常工作。图1纽扣锂离子内部结构示意图Fig.1Lithium-ionbuttonbatteryinternalstructurediagram1.1.3锂离子电池工作原理锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间往返嵌入或脱出，其原理是利用了隔膜两边Li+的浓度差进行充放电[10]。它的正负极材料是由两种不同的能够允许锂离子在其表面自由脱嵌的化合物质组成。锂电池的工作原理如图2所示，图2锂离子电池充放电工作原理示意图Fig.2Schematicdiagramofchargeanddischargeoflithiumionbattery由图2可知，电池在进行充电时，锂离子从电池的正极材料中迁出，经过电解
华北理工大学硕士学位论文-6-材料相比，具有相更高的体积和质量比能量，其操作电位要远高于金属锂的析出电位，有效避免了充放电过程时金属锂的析出问题，但是锡基材料作为锂离子负极材料最大的问题是它与锂形成合金时，体积会发生巨大的变化，材料内部会产生很大的应力，导致材料破裂、微观结构破坏[28]。1.3.3硅类负极材料硅作为负极材料具有非常高的理论容量，纯硅的实际极限容量更是达到了3579.0mAh/g，因此受到了广泛研究[29]。然而，硅材料在嵌锂的过程中会产生较大的体积变化，导致活性材料从电极表面脱落，与集流体失去接触，从而使得容量衰减明显、循环稳定性变差[30]。1.3.4钛酸盐类负极材料钛酸锂材料作为钛酸盐类负极材料的一种，其分子式为Li4Ti5O12。其在负极材料的应用方面，结构很稳定，充放电前后体积基本保持不变。在特定领域中可以理想地替代碳类负极材料。钛酸锂作为锂离子电池负极材料，被人们称为“零应变”材料，其充放电前后，锂离子的嵌入和脱出对材料结构基本没有影响[31]；充放电平台比较好；其理论比容量为175.0mAh/g，然而其实际比容量一般只达到150.0mAh/g；首次充放电时不与电解液发生反应，充放电效率比较高；价格比较便宜，并且易制备[32]。然而，尽管优点很多，但也有一些缺点，限制它的发展。Li2ZnTi3O8负极材料是立方体尖晶石结构，是尖晶石Li2MM"3O8(M=Zn、Co、Mg，M"=Ti、Ge)系列中的一种[33]。其晶体结构如图3所示[34]：图3Li2ZnTi3O8晶体结构示意图[33]Fig.3CrystalstructureofLi2ZnTi3O8
【参考文献】：
期刊论文
[1]固相法制备钛酸锂电极材料[J]. 庄晓东,李荣兴,俞小花,谢刚,和晓才,徐庆鑫. 材料导报. 2019(16)
[2]硅基锂离子电池负极材料研究进展[J]. 吴宝珍,吴复忠,金会心,卢江腾,陈敬波. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
[3]锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的固相法制备及性能研究[J]. 吕文俊,张海朗,李道荣,李倩倩. 化工新型材料. 2018(08)
[4]石墨烯改性环氧树脂涂层的制备及其性能[J]. 郝松松,孙晓峰,宋巍,李占明,邱骥. 中国表面工程. 2018(03)
[5]锂电池研究中的循环伏安实验测量和分析方法[J]. 聂凯会,耿振,王其钰,岳金明,禹习谦,李泓. 储能科学与技术. 2018(03)
[6]锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展[J]. 谭毅,薛冰. 无机材料学报. 2018(05)
[7]阵列状金红石型TiO2的制备及晶体生长机理[J]. 王亚明,闫焉服,Osaka Akiyoshi,逯峙,王广欣,邓舜岚,宋艳春. 材料热处理学报. 2018(04)
[8]氟掺杂钛酸锂纳米片的制备及其电化学性能[J]. 钱琛,张鹏飞,陈铭,刁国旺. 扬州大学学报(自然科学版). 2017(04)
[9]Li4Ti5O12负极材料的制备及应用研究进展[J]. 季俊红,秦国强,齐满富,常智敏,周媛. 电池工业. 2017(05)
[10]锂电池发展浅谈[J]. 张金龙,佟微,漆汉宏. 电源技术. 2017(09)
博士论文
[1]锂离子电池过渡金属氧化物负极材料的制备及其电化学性能表征[D]. 吕晓欣.苏州大学 2016
[2]锂离子电池负极材料Li2ZnTi3O8的制备及其电化学性能研究[D]. 唐好庆.天津大学 2015
硕士论文
[1]钛酸锌锂负极材料的合成与改性研究[D]. 李周富.天津大学 2017
[2]锂离子电池钛酸锂系列负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 刘杰.天津大学 2015
[3]熔盐法制备锂电池负极材料钛酸锂的研究[D]. 李诗妍.华东理工大学 2013
[4]钛酸锂的高温固相合成及回收再利用[D]. 胡文星.哈尔滨工业大学 2011
[5]锂离子电池负极材料钛酸锂的研究[D]. 赵松鹤.天津大学 2008
本文编号：3625910
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