锂离子电池负极材料钛酸锂的制备和电化学性能研究

发布时间：2017-07-07 09:09

  本文关键词：锂离子电池负极材料钛酸锂的制备和电化学性能研究

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【摘要】：锂离子电池由于具有电压高，体积小，质量轻，对环境污染小、循环寿命长和比容量高等特点被认为是综合性能最好的电池体系，受到各国企业和研究工作者的广泛关注。而锂离子电池的负极材料能够影响锂离子电池的整体性能。最近，钛酸锂因具有稳定的充放电平台，是“零应变”电极材料，而且循环性能好，比碳负极材料有更快的充放电速率等优势，被看作是很有发展前景的锂离子电池负极材料。同时，纳米级负极材料能够表现出更突出的电化学性能，其合成与性能研究引起了研究者的广泛重视。 本文以钛酸锂材料为研究对象制备出了系列复合材料，采用XRD，SEM，TEM等测试方法对该系列材料进行了形貌和结构的表征，并且将其作为负极材料组装成锂离子电池，测试其电化学性能。主要的研究内容如下： （1）采用水热法制备了Ti3+自掺杂的Li4Ti5O12-TiO2纳米颗粒。 以钛粉为原材料，通过在氢氧化钠下高温水热处理，得到钛酸钠，并通过进一步的化学反应得到Ti3+自掺杂的Li4Ti5O12-TiO2纳米颗粒。此种方法具有环境友好及成本低等特点。通过一系列的对比试验，证明Ti3+自掺杂的Li4Ti5O12-TiO2具有良好的循环性能，并能在大倍率充放电条件下，，保持较高的比容量。 （2）采用水热法制备了Li4Ti5O12-TiO2纳米线 以钛粉，氢氧化钠，氢氧化锂为原材料，制备出金红石型二氧化钛-钛酸锂复合材料。研究表明，通过在氨气下处理的金红石型二氧化钛-钛酸锂复合材料具有更好的电化学性能。 （3）采用溶剂热制备了碳包覆氮掺杂的钛酸锂纳米颗粒。 以四氯化钛为钛源，合成了碳包覆氮掺杂的钛酸锂纳米颗粒，作为锂离子电池负极材料。通过与纯Li4Ti5O12，碳包覆的钛酸锂相比，电化学性能得到提高。在0.5C下，首次放电容量为194mAh g-1，并且在以后的循环过程中具有较好的稳定性。
【关键词】：锂离子电池 负极材料 电化学性能 Li4Ti5O12 Li4Ti5O12-TiO2
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 锂电池材料简介11-13
• 1.3 锂电池中的负极材料13-16
• 1.3.1 碳负极材料14-15
• 1.3.2 合金负极材料15
• 1.3.3 金属氧化物负极材料15-16
• 1.3.4 其他负极材料16
• 1.4 尖晶石型钛酸锂化合物16-21
• 1.4.1 钛酸锂的结构及嵌锂机理：16-17
• 1.4.2 钛酸锂的制备方法：17-19
• 1.4.3 尖晶石型钛酸锂的研究现状19-21
• 1.5 论文选题依据和主要内容21-23
• 1.5.1 本文的选题背景21-22
• 1.5.2 本文的研究思路22-23
• 第二章 实验部分23-28
• 2.1 实验试剂与仪器23-24
• 2.2 材料的合成方法24
• 2.3 纳米材料的物理性能表征24-25
• 2.3.1 X 射线衍射分析24
• 2.3.2 扫描电镜分析24-25
• 2.3.3 透射电镜分析25
• 2.4 材料的电化学性能测试25-28
• 2.4.1 极片的制备25
• 2.4.2 扣式电池的组装25-26
• 2.4.3 充放电性能测试26
• 2.4.4 循环伏安法26-27
• 2.4.5 交流阻抗测试27-28
• 第三章 Ti~(3+)-Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2的制备及电化学性能研究28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 实验部分28-29
• 3.2.1 Ti(3+)-Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2的合成28
• 3.2.2 成分分析和结构表征28-29
• 3.2.3 电化学性能测试29
• 3.3 实验结果与讨论29-39
• 3.3.1 纳米材料结构分析29-34
• 3.3.2 纳米材料电化学性能分析34-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 N-Li_4Ti_5O_(12)/R-TiO_2的制备及电化学性能研究40-47
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 纳米材料的合成步骤40
• 4.2.2 成分分析和结构表征40-41
• 4.2.3 电化学性能测试41
• 4.3 实验结果与讨论41-46
• 4.3.1 纳米材料结构分析41-43
• 4.3.2 纳米材料电化学性能分析43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 碳包覆氮掺杂 Li_4Ti_5O_(12)的制备及电化学性能研究47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 实验部分47-48
• 5.2.1 材料合成过程47-48
• 5.2.2 成分分析和结构表征48
• 5.2.3 电化学性能测试48
• 5.3 实验结果与讨论48-54
• 5.3.1 纳米材料结构分析48-51
• 5.3.2 纳米材料电化学性能分析51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文与研究成果61-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 高玲,仇卫华,赵海雷;Li_4Ti_5O_(12)作为锂离子电池负极材料电化学性能[J];北京科技大学学报;2005年01期

2 王国庆;吕菲;白莹;吴锋;;复合熔盐法合成Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能研究[J];功能材料;2008年07期

本文编号：529563