钛酸锂电极材料的液相制备及性能研究

发布时间：2017-07-29 23:00

  本文关键词：钛酸锂电极材料的液相制备及性能研究

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【摘要】：锂离子电池因具有高功率、高能量密度、寿命长、安全性好等优点,不仅在小型储能产品市场上占据绝对优势,也正逐步走向电动汽车、智能电网等大型储能领域,这也对锂离子电池的功率及安全性能提出更高的要求,同时亟需探求性能更优的电极材料。钛酸锂负极材料凭借优异的循环性和可靠的安全性而备受关注。论文采用液相法合成了性能优越的钛酸锂材料,并引入石墨烯和银-石墨烯材料对钛酸锂进行复合改性,使其在容量和大倍率性能上都有了较大改善。取得的主要成果如下：1.采用液相法成功制备了钛酸锂负极材料,并探究了锂的用量、煅烧温度及氢氧化锂浓度等因素对合成材料性能的影响。得出最佳工艺条件为：锂摩尔比过量12%,煅烧温度700℃, LiOH浓度4mol/L。此条件下制备的钛酸锂材料颗粒细小均匀,放电比容量达167mAh/g,接近理论比容量175mAh/g,且此液相法操作简单、耗时短、耗能少。2.引入高导电相石墨烯与钛酸锂复合制得了钛酸锂/石墨烯复合材料,改善了钛酸锂低容量、低电导的缺陷；并探究了石墨烯的氧化还原法制备及石墨烯含量、还原剂种类等因素对合成钛酸锂/石墨烯复合材料性能的影响；还研究了乙醇溶剂热还原下制备的复合材料的性能及作用机理。实验结果表明石墨烯的加入有效地改善了钛酸锂材料的电化学性能,使其首次放电比容量达184mAh/g,50次循环后仍保持158mAh/g;在5C下放电容量也达到102mAh/g,比纯相钛酸锂高出22mAh/go3.在钛酸锂／石墨烯复合材料的基础上引入Ag纳米粒子,阻止了石墨烯片层间的进一步堆叠,同时银良好的导电性也有助于改善钛酸锂的大电流充放电性能。实验探究了Ag的用量、还原剂种类及NaOH等因素对合成材料性能的影响,由实验结果得知：在NaOH碱性条件下葡萄糖还原制备的3wt%AgNO3的钛酸锂／银-石墨烯复合材料性能最佳,首次放电比容量达207mAh/g,在5C下放电比容量仍达到126mAh/g。
【关键词】：钛酸锂 液相法 石墨烯 钛酸锂/银-石墨烯
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 引言16
• 1.2 锂离子电池概述16-30
• 1.2.1 锂离子电池的产生及发展16-17
• 1.2.2 锂离子电池的基本组成和工作原理17-19
• 1.2.3 锂离子电池的特点19-21
• 1.2.4 锂离子电池电极材料21-23
• 1.2.5 钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极材料23-27
• 1.2.6 锂离子电池的应用及未来展望27-29
• 1.2.7 本论文的选题依据和主要研究内容29-30
• 第二章 实验部分30-34
• 2.1 实验药品及仪器30-31
• 2.1.1 实验药品30-31
• 2.1.2 实验所需仪器设备31
• 2.2 电池的组装、测试及电极材料的表征方法31-34
• 2.2.1 电极片的制备31-32
• 2.2.2 实验电池的组装32
• 2.2.3 恒流充放电测试32
• 2.2.4 X射线衍射分析(X-ray diffraction)32-33
• 2.2.5 扫描电子显微分析(SEM)33
• 2.2.6 粒度分析33-34
• 第三章 钛酸锂负极材料的液相合成及性能研究34-43
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 钛酸锂Li_4Ti_5O_(12)负极材料的合成34-35
• 3.2.2 实验电池的组装35-36
• 3.3 实验结果分析与讨论36-42
• 3.3.1 LiOH的用量对合成钛酸锂的影响36-38
• 3.3.2 煅烧温度对钛酸锂制备的影响38-40
• 3.3.3 氢氧化锂浓度对钛酸锂制备的影响40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 钛酸锂/石墨烯复合材料制备及性能研究43-56
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 石墨烯材料及钛酸锂/石墨烯复合材料的合成44-46
• 4.2.2 实验电池组装46
• 4.3 实验结果分析与讨论46-55
• 4.3.1 钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合材料的粒度表征及电化学性能46-48
• 4.3.2 石墨烯含量对复合材料性能的影响48-50
• 4.3.3 还原剂种类对钛酸锂/石墨烯复合材料性能的影响50-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 钛酸锂/银-石墨烯复合材料的制备及性能研究56-69
• 5.1 引言56
• 5.2 实验部分56-57
• 5.2.1 钛酸锂/银-石墨烯复合电极材料的合成56-57
• 5.2.2 实验电池组装57
• 5.3 实验结果分析与讨论57-68
• 5.3.1 硝酸银用量对LTO/Ag-graphene复合材料性能的影响57-61
• 5.3.2 氢氧化钠对钛酸锂/银-石墨烯复合材料性能的影响61-63
• 5.3.3 还原剂种类对钛酸锂/银-石墨烯复合材料性能的影响63-64
• 5.3.4 LTO、LTO-Ag、LTO/Ag、LTO/graphene和LTO/Ag-graphene的电化学性能比较64-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 全文总结69-71
• 6.1 本论文结论69
• 6.2 本论文创新点69-70
• 6.3 本论文的不足之处及对未来研究展望70-71
• 参考文献71-78
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况78

【参考文献】

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本文编号：591419