钛酸锂基新型锂电池负极材料的合成及电化学性能研究

发布时间：2017-09-25 10:27

  本文关键词：钛酸锂基新型锂电池负极材料的合成及电化学性能研究

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【摘要】：尖晶石型Li4Ti5O12是一种具有超长循环寿命的材料,但是材料的本征电导率低导致其倍率性能较差。曾有报道通过Ni、Cr的取代改善材料的倍率性能,但是电子电导率低的问题仍然存在。本课题采用改性的高温固相法合成Li3Ti4NiCrO12。通过探究球磨工艺、锂过量以及烧结温度,确定最佳的合成工艺。在还原气氛下煅烧获得具有Ni单质改性的Li3Ti4NiCrO12负极材料(Ni/Li3Ti4NiCrO12)。金属Ni的存在不仅改变了材料的生长习性而且减小了材料的颗粒尺寸,从而缩短了锂离子的扩散路径,增加了材料的电子电导率。Ni/Li3Ti4NiCrOi2表现出了良好的循环稳定性和倍率性能,在0.2C,材料的首次放电比容量为158.8%,达到理论比容量,80次循环后的容量保持率为97.2%。在最优合成路线的基础上,选取与Ni2+离子半径相近、化学性质相似的Co2+取代Li3Ti4NiCrO12中的Ni2+,合成Cox/Li3Ti4Co(1-x)CrO12 (0≤x≤0.15),探究x的值对材料电化学性能的影响。研究结果表明,当x=0.1时,0.2C倍率下的首次放电比容量为158.3mAh/g,100次循环后,容量保持率为96.4%。适量金属Co的存在使材料中的Ti4+转化为Ti3+,同时形成氧空位,为锂离子的扩散提供更多的通道,提高材料的锂离子扩散系数,从而改善材料的电化学性能。
【关键词】：锂离子电池 负极材料 纳米球磨 金属复合材料 氧空位
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ131.11;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Absratct6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 锂离子电池的概况9-12
• 1.2.1 锂离子电池的发展9-10
• 1.2.2 锂离子电池的结构10
• 1.2.3 锂离子电池的工作原理10-11
• 1.2.4 锂离子电池的特点11-12
• 1.3 锂离子电池正极材料12
• 1.4 锂离子电池负极材料12-13
• 1.4.1 碳材料12-13
• 1.4.2 锡基材料13
• 1.4.3 硅基材料13
• 1.5 锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究13-17
• 1.5.1 尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)的结构和电化学性能14-15
• 1.5.2 Li_4Ti_5O_(12)材料的合成方法15-16
• 1.5.3 Li_4Ti_5O_(12)材料的改性研究16-17
• 1.6 论文的研究内容、创新点与意义17-19
• 1.6.1 论文的研究内容17
• 1.6.2 论文的创新点17-18
• 1.6.3 课题的研究意义18-19
• 第二章 实验原料、实验仪器及其表征方法19-23
• 2.1 实验原料19
• 2.2 实验仪器19-20
• 2.2.1 负极材料的制备20
• 2.2.2 测试电池的组装20
• 2.3 材料的结构表征方法20-21
• 2.3.1 X射线衍射分析(XRD)20-21
• 2.3.2 扫描电子显微镜分析(SEM)21
• 2.3.3 X射线能谱分析法(EDX)21
• 2.3.4 X射线光电子能谱分析(XPS)21
• 2.3.5 电子顺磁共振分析(EPR)21
• 2.4 材料的电化学性能测试21-23
• 2.4.1 充放电性能测试21
• 2.4.2 粉末电阻率测试21
• 2.4.3 循环伏安测试(Cyclic Voltammetry,CV)21-22
• 2.4.4 电化学阻抗测试(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)22-23
• 第三章 负极材料Li_3Ti_4NiCrO_(12)的合成工艺研究23-29
• 3.1 引言23
• 3.2 球磨工艺参数的探究23-24
• 3.3 锂过量对材料物相的影响24-25
• 3.4 煅烧温度的探究25-27
• 3.4.1 煅烧温度对材料物相的影响25-26
• 3.4.2 煅烧温度对材料电化学性能的影响26-27
• 3.5 本章小结27-29
• 第四章 Ni/Li_3Ti_4NiCrO_(12)的合成及电化学性能研究29-35
• 4.1 引言29
• 4.2 Ni/Li_3Ti_4NiCrO_(12)负极材料的制备29
• 4.3 结果与讨论29-34
• 4.3.1 Ni单质的存在对材料结构影响29-30
• 4.3.2 Ni单质的存在对材料形貌的影响30-31
• 4.3.3 Ni单质的存在对材料电化学性能的影响31-34
• 4.4 本章小结34-35
• 第五章 Co/Li_3Ti_4CoCrO_(12)的合成及电化学性能研究35-46
• 5.1 引言35
• 5.2 Co/Li_3Ti_4CoCrO_(12)材料的制备35-36
• 5.2.1 前驱体的制备35
• 5.2.2 材料烧结过程35-36
• 5.3 结果与讨论36-44
• 5.3.1 材料的晶体结构分析36-38
• 5.3.2 材料的形貌分析38-39
• 5.3.3 材料的元素分布鉴定39
• 5.3.4 材料的缺陷分析39-41
• 5.3.5 材料的电化学性能分析41-44
• 5.4 本章小结44-46
• 第六章 结论与展望46-48
• 6.1 结论46
• 6.2 展望46-48
• 参考文献48-55
• 致谢55-56
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文56

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