锂电池负极材料钛酸锂的改性及其容量衰减机理的探究

发布时间：2021-01-12 20:54

　　作为一种具有广泛应用前景的储能设备,动力锂离子电池受到了普遍的关注。负极材料是锂电池的重要组成部分,能直接决定锂电池的电化学性能。然而,传统石墨负极材料的高倍率性能较差,不能满足快速充放电的需求。因此,寻求具有优异高倍率性能的负极材料至关重要。本文对Li4Ti5O12材料在长循环过程中的容量衰减机理进行探究,同时对合成的Li4Ti5O12负极材料进行表面改性,以提高其电化学性能。主要研究内容如下:（1）对Li4Ti5O12电池在500 mA/g电流密度下进行充放电循环,系统研究了L4Ti5O12样品在循环过程中结构、成分、循环伏安曲线和电化学阻抗的变化,探讨了Li4Ti5O12材料在长循环过程中容量衰减的原因。除了在循环过程中因电解液分解和胀气现象而导致性能衰减外,从尖晶石Li4Ti5O12转变为岩盐结构Li7Ti5O12过程中产生的结构和组分改变也会导致Li4Ti5O12容量衰减。也就是说,重复充放电使得越来越多的Li+和Ti3+残留在脱锂的Li4Ti5O12中,引起结构无序化,使得离子和电子电导率逐渐降低,极化现象不断加剧,进而导致性能衰减。因此,通过改性来增强结构和成分的稳定性,... 

【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】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图３．１纯ＬＴＯ在５００?ｍＡ／ｇ电流密度下的长循环性能

??四种元素，来源于活性材料ＬＴＯ、结合剂聚四氟乙烯以及导电剂乙炔黑。图３．２?（ｂ）??为ＬＴＯ－Ｏ的Ｔｉ２ｐ谱，图中可以发现两个对称峰，分别位于４５８．４和４６４．２?ｅＶ，??与Ｔｉ４＋２ｐ３／２和Ｔｉ４＋２ｐ，／２相对应，说明原始ＬＴＯ中只存在Ｔｉ４＋。当电池经过１００、??４５０和７００次循环后，Ｔｉ２ｐ峰出现了不对称现象。除了在４５８．４和４６４．２?ｅＶ处存??在两个峰，在４５７．４?ｅＶ和４６３．２?ｅＶ处又发现了额外的两个峰，分别对应着Ｔｉ３＋２ｐ３／２??和Ｔｉ３＋２Ｐｌ／２。Ｔｉ３＋的出现与锂离子的储存有关，如果充放电过程完全可逆，Ｔｉ３＋在??脱锂过程中应该能够全部转化为Ｔｉ４＋。因此，在脱锂状态下存在Ｔｉ３＋就说明在放??电过程中，Ｔｉ３＋不能够完全可逆地转化为Ｔｉ４＋。ＬＴＯ－１００、ＬＴＯ－４５０和ＬＴＯ－７００??中Ｔｉ３＋／Ｔｉ４＋的摩尔比分别为０．０２１、０．０７７和０．１５４。在最开始的１００次循环中

?２．５??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｖｓ?Ｌｉ／Ｌｉ?（Ｖ）??图３．７在５００?ｍＡ／ｇ电流密度下充放电不同次数的ＣＶ曲线。??Ｆｉｇｕｒｅ?３．７?ＣＶ?ｐｒｏｆｉｌｅｓ?ａｆｔｅｒ?ｕｎｄｅｒｇｏｉｎｇ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ／ｃｈａｒｇｅ?ｃｙｃｌｅｓ?ａｔ?５００?ｍＡ／ｇ．??１?Ｓ００］（ａ）?ｃｐｉ＂?■?￣￣?５０００?＾?ｃｐｅ＾?ｃｐｔ?？?？?４（）ｉ）??？，?ｉｉｉ?ｌｈ—１?？?〇?１００?二?Ｉ￣ＩＩ￣｜＿ｌ?ＩＩ－！?＜?＜３?５００??１５〇〇＿?－心Ｓｉ１＂?：?：?；?４０００－?：?Ｚ??ｍｅａｓｕｒｅｄ?ｌｉｎｅｄ?＾?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ｌｉｎｅｄ??ｐ１＇００．?？?＾—？＊?Ｅ?３０００＊?？?，５，＞］?；??°?９〇０＇?Ｓ?６０－?‘？?？？?气?＼?■??＾?ｎ＝２〇〇〇－?？?＊?｜?？?？??Ｎ?？?Ｎ４＂?？?？?、’５？??３００－?；?２；：Ｕ＾＞Ｖ—?，〇〇°－?；／?，１??＇■ｉ?０?２ｔ）?４０?６０?ＳＯ?ｌ（）Ｕ?ｔ／?＂?ｌｏｏ?Ｉ?ｎ??Ｍ?Ｚ?（ｏｈｍ）?＾?，?，?？?Ｚ．?“》ｈ？”?■??０?３６〇?＆（＂）〇?９６〇?１２００?１５００?１８００?１０００?２０００?３０００?４０００?５０００??Ｚｋ?（ｏｈｍ）?Ｚｉ?〇?（ｏｈｍ）??图３．８在５００?ｍＡ／ｇ电流密度下循环不同次数的ＥＩＳ谱测量值和拟合值。⑷前３００次循环


本文编号：2973528