高安全性锂离子电池负极材料钛酸锂的制备及性能研究

发布时间：2017-08-30 17:01

  本文关键词：高安全性锂离子电池负极材料钛酸锂的制备及性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池负极材料 钛酸锂 掺杂 静电纺丝 水热法

【摘要】：目前,钛酸理(Li_4Ti_5O_(12))作为锂离子电池负极材料,在纯电动以及混合动力电动车的应用受到广泛关注。其主要特点是锂离子在进入及脱出过程中,体积几乎不会发生变化,同时较高的电压平台减少了液态电解质的分解及SEI膜的生成。然而,较低的电导率及锂离子扩散系数限制了其应用。为了改善钛酸锂材料的电导率,本论文采用了三种方法,包括金属离子掺杂,引入电导率高的第二相及粒径控制的方法。首先,通过两步固相法制备了钛酸锂及MgZr掺杂样品,系统的研究了材料结构及电化学性能。研究发现,Li3.8Mg0.2Ti4.8Zr0.2O12样品在1C,2C,5C下的放电比容量分别为,169.6 mAhg-1,144.2 mAhg-1,113.1 mAhg-1,明显好于未掺杂样品。电化学阻抗谱测试发现,Li3.8Mg0.2Ti4.8Zr0.2O12样品的材料内阻明显低于未掺杂样品。然后,通过静电纺丝的方法制备了Li_4Ti_5O_(12)和Li_4Ti_5O_(12)/C纤维。研究发现,两种材料均表现出较高的可逆电容量和倍率表现。比较两种样品发现,Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料具有更高的可逆比容量,倍率容量,低的电极极化,说明碳的引入,降低了钛酸锂颗粒的团聚,提高了其电导率。另外,电化学交流阻抗拟合谱(EIS)显示Li_4Ti_5O_(12)/C和Li_4Ti_5O_(12)电池内阻分为55Ω和135Ω,复合纤维的内阻明显低于未掺杂样品。最后采用水热法制备了Li_4Ti_5O_(12)样品,并且对反应产物分别采用700℃、750℃、800℃三种不同的烧结温度,观察不同烧结温度对Li_4Ti_5O_(12)电化学性能的影响。研究发现,750℃烧结的样品的倍率表现好于另外两个温度得到的样品,同时该样品在高倍率50圈后,电容量保持在89%。另外,750℃烧结的样品首圈放电比容量为235mAh/g,比理论值高34%,经过10圈循环之后保持率为91%,经过50圈大倍率循环之后保持率为89%,证明了通过水热法制备的钛酸锂具有较好的电学性能。750℃烧结的样品在0.5C倍率下,首圈比电容量为235mAhg-1,高于钛酸锂理论电容量34%,可能是来自样品中残留碳的电容量贡献。
【关键词】：锂离子电池负极材料 钛酸锂 掺杂 静电纺丝 水热法
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 引言7-8
• 第一章 文献综述8-18
• 1.1 锂离子电池概况8-10
• 1.1.1 锂离子电池发展史8
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理8-10
• 1.2 锂离子电池负极材料的研究进展10-12
• 1.2.1 锂离子电池负极材料C材料10-11
• 1.2.2 锂离子电池负极材料Si材料11
• 1.2.3 锂离子电池负极材料Sn基材料11-12
• 1.3 锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究现状12-18
• 1.3.1 锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的结构12-13
• 1.3.2 锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备方法13-17
• 1.3.3 钛酸锂的改性研究17-18
• 第二章 固相法制备纯相以及掺杂钛酸锂18-28
• 2.1 实验目的18
• 2.2 实验原料18
• 2.3 主要实验仪器18-19
• 2.4 实验步骤19-20
• 2.4.1 钛酸锂的合成19
• 2.4.2 钛酸锂的掺杂19
• 2.4.3 样品的表征19
• 2.4.4 样品的电化学性能测试19-20
• 2.5 实验结果分析与讨论20-26
• 2.5.1 掺杂钛酸锂的结构和形貌分析20-22
• 2.5.2 掺杂样品的电化学性能分析22-26
• 2.6 本章小结26-28
• 第三章 静电纺丝法法制备纳米级钛酸锂28-37
• 3.1 静电纺丝法28
• 3.2 实验原料28-29
• 3.3 主要实验仪器29
• 3.4 实验步骤29-30
• 3.4.1 钛酸锂的合成29
• 3.4.2 样品的表征29-30
• 3.4.3 样品的电化学性能测试30
• 3.5 实验结果分析与讨论30-36
• 3.5.1 钛酸锂的结构和形貌分析30-32
• 3.5.2 钛酸锂材料的电化学性能分析32-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 水热法制备钛酸锂37-45
• 4.1 水热法37
• 4.2 实验原料37
• 4.3 主要实验仪器37-38
• 4.4 实验步骤38
• 4.4.1 钛酸锂的合成38
• 4.4.2 样品的表征38
• 4.4.3 样品的电化学性能测试38
• 4.5 实验结果分析与讨论38-43
• 4.5.1 钛酸锂的结构和形貌分析38-40
• 4.5.2 钛酸锂的电化学性能分析40-43
• 4.6 本章小结43-45
• 结论45-46
• 参考文献46-50
• 攻读学位期间发表论文50-51
• 致谢51-52

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宗瑞;喻佑华;张岚;袁玲玲;余丽芳;;钛酸锌粉体合成方法研究进展[J];江苏陶瓷;2008年05期

2 施哲，何蔼平，，朱红波，杨显万;固／液相合成法制取高纯微细钛酸钡[J];昆明理工大学学报;1996年06期

3 王昭群,朱长江;钛酸钡的燃烧合成[J];火工品;1997年01期

4 陈瑞澄;高纯微细钛酸钡粉体制备方法进展[J];铀矿冶;1997年01期

5 王歆;夏亚飞;刘继红;刘勇;;钛酸钡-环氧树脂复合材料的制备与介电性研究[J];中国陶瓷;2014年03期

6 张赞锋，侯艳红;高纯超细钛酸钡的研制[J];粉体技术;1996年03期

7 袁华;何云蔚;艾常春;;钛酸锂作为锂离子电池负极材料的改性进展[J];武汉工程大学学报;2014年08期

8 张晓丽;王花丽;;钛酸钡粉体的制备及研究进展[J];湿法冶金;2007年01期

9 沈保罗，李伟，涂铭旌，祝海，钟毓茂;聚八钛酸钾晶须预制件的制作及其在高温烧结后的结构变化[J];成都科技大学学报;1995年01期

10 邓昭平;李思平;倪师军;;以偏钛酸为钛源的化学共沉淀法制备钛酸钡粉体[J];材料导报;2005年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 赵祥永;周丹;葛文伟;仲维卓;罗豪u&;;无铅铁电单晶钛酸钡的压电活性与场致应变[A];第14届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2006年

2 熊健;杨兵初;周聪华;左舜贵;梁丽杰;;钕掺杂对钛酸钡的光学及吸波特性影响研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

3 廖璐;孙敬锋;李红立;訾建新;孟康;;钛酸锂靶件陶瓷微球制备工艺简介[A];科技创新与经济结构调整——第七届内蒙古自治区自然科学学术年会优秀论文集[C];2012年

4 郭明波;徐宏;古宏晨;;二氧化硅包覆钛酸钾晶须的研究[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年

5 王加芳;罗驹华;李杰;;机械力化学法制备超细钛酸镁粉体[A];2009年中国镁盐行业年会暨节能与发展论坛论文集[C];2009年

6 徐阳阳;张健杰;刘自力;陈友;牛飞;吴嘉恩;许家友;;钛酸钾晶须对提高环氧树脂玻璃纤维复合材料热性能的影响[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第三卷）[C];2011年

7 张惟;万小岗;王东文;潘社奇;赵颜红;;四钛酸钾晶须处理含铀废水实验研究[A];放射性废物处理处置学术交流会论文集[C];2007年

8 符春林;蔡苇;邓小玲;;锆钛酸钡的结构和介电、光伏性能研究(英文)[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

9 李玉芬;刘晓林;侯彦玲;陈建峰;;醇盐法制备纳米钛酸钡粉体及其物性表征[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集（上）[C];2006年

10 杨玮玮;王桂芹;荆丽娜;段玉平;陈晓东;刘顺华;;钛酸钡的晶化特性及其介电性能研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 记者 白增安;全球最大钛酸锂材料生产项目落户武安[N];河北日报;2011年

2 涵薏;新型钛酸锂电极材料研发成功[N];上海科技报;2012年

3 本报记者 李香才;钛酸锂电池技术取得进展[N];中国证券报;2013年

4 ;一种掺杂钛酸钡和镧锰氧巨磁阻器件[N];中国有色金属报;2004年

5 郑远 记者 王春;复旦大学研发出新型纳米钛酸锂电极材料[N];科技日报;2012年

6 冶炼;离子掺杂的钛酸铋纳-钛酸钡体系电陶瓷及其制备方法[N];中国有色金属报;2005年

7 记者 汪永安;皖企研发国内首个纳米钛酸锂电池[N];安徽日报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王艳;沉淀包覆法制备具有“芯—壳”结构的温度稳定型钛酸钡基陶瓷及其性质研究[D];西北大学;2015年

2 韩翠平;纳米钛酸锂电极材料的制备及表面改性与嵌脱锂行为研究[D];清华大学;2015年

3 蔡苇;钛酸钡基陶瓷的制备、微结构及介电性能研究[D];重庆大学;2011年

4 闫涛;纳米钛酸钡粉体的制备与性能研究[D];北京化工大学;2006年

5 倪海芳;钛酸锂负极材料的结构设计及掺杂改性研究[D];北京科技大学;2015年

6 彭秧锡;钛酸钡（铅）系列纳米粉体的制备方法与相变机制研究[D];中南大学;2010年

7 张贺新;TiO_2和六钛酸钾晶须掺杂SiO_2干凝胶的制备及隔热性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

8 郭雪飞;钛酸锂及炭包覆钛酸锂复合材料的制备及其电化学性能研究[D];天津大学;2012年

9 申林;掺镧钛酸铋粉体、陶瓷及薄膜的溶胶-凝胶制备技术与性能研究[D];四川大学;2002年

10 娄骁;水基湿化学法合成硒化镉和钛酸钡盐材料[D];浙江大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郭涛涛;不锈钢网负载氢钛酸纳米线薄膜及其结构、光催化性能优化[D];浙江大学;2015年

2 杜志华;钛酸钡清洁生产工艺研究[D];昆明理工大学;2015年

3 崔淑珍;Dy在钛酸钡中与位占据相关的缺陷化学研究[D];东北师范大学;2015年

4 刘菲;高温固相法制备钛酸锂的反应机制研究[D];北京有色金属研究总院;2015年

5 王峻;特殊形貌氧化钛及以其前驱体为模板钛酸锂制备与研究[D];大连交通大学;2015年

6 徐兰;微波水热法制备钛酸钡纳米粉体及其性能研究[D];南京航空航天大学;2015年

7 贾振永;高振实密度多孔钛酸锂微球的合成工艺及其性能研究[D];苏州大学;2014年

8 王雪健;超细钛酸钡固相法制备与表征[D];山东大学;2015年

9 盛琛皓;静电纺丝制备P型氧化锌和钛酸钡微纳米纤维及性质研究[D];青岛大学;2015年

10 郄富昌;锂离子电池负极材料钛酸锌锂的合成和改性研究[D];天津大学;2014年

本文编号：760494