锂离子电池负极材料介孔尖晶石型钛酸锂纳米片的制备及改性研究

发布时间：2017-08-07 16:18

  本文关键词：锂离子电池负极材料介孔尖晶石型钛酸锂纳米片的制备及改性研究

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【摘要】：尖晶石型Li4Ti5Oi2 (LTO)作为一种“零应变”材料,由于其电压平台高、循环性能好、成本低、安全等一系列优点,成为研究的热点,被看作是最具应用价值的锂离子电池负极材料之一。然而,此材料的低导电率严重限制了它的应用。本文以改善尖晶石型LTO倍率性能为目的,首次利用无模板的简单水热法制备了介孔尖晶石型LTO纳米片,并对其进行了改性研究。首先,本文通过水热法制备出了性能优良的介孔尖晶石型LTO纳米片。研究表明,由于介孔结构能够为活性物质和电解质溶液提供足够的通道,使其充分接触反应,促进Li+与电子传输,提高材料容量及倍率性能,相比于普通的片状钛酸锂纳米片材料,所制备的尖晶石型LTO介孔纳米片材料表现出了更好的表面锂存储反应及优异的电化学性能,在1.0～2.5V (vs. Li+/Li)电压范围内,1C条件下,其可逆容量高达169 mAh/g,甚至在30C条件下,其容量仍可保持140 mAh/g。为进一步改善所合成尖晶石型LTO介孔纳米片的电化学性能,我们通过化学沉积法,将所制备的单相LTO材料与Ag进行了复合,得到了介孔尖晶石型LTO/Ag纳米片复合材料。Ag的存在能够有效提高样品的电导率,进而改善材料的倍率性能。研究表明,相比于所制备的单相LTO材料,LTO/Ag复合材料的电化学性能得到了有效改善,在1.0-2.5V (vs.Li+/Li)电压范围内,1C条件下,其可逆容量高达174 mAh/g,甚至在30C条件下,其容量仍可保持150 mAh/g。最后,Ti02作为一种理想的储锂材料,具有Li+嵌入／脱嵌速度快、体积变化小、理论容量高(336 mAh g-1)等优点,因此我们利用水热法,通过调节反应原料Li、Ti摩尔比,合成了介孔尖晶石型LTO/rutile-TiO2纳米片复合材料。研究表明,相比于所制备的LTO/Ag复合材料,介孔尖晶石型LTO/rutile-TiO2复合纳米片材料表现出了更优异的电化学性能,在1.0～3.0V (vs. Li+/Li)电压范围内,1C条件下,其可逆容量高达179 mAh/g,甚至在30C条件下,其容量仍可保持155 mAh/g。
【关键词】：锂离子电池 尖晶石 钛酸锂 介孔 纳米片 改性
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ131.11;TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-33
• 1.1 引言13
• 1.2 锂离子电池简介13-16
• 1.2.1 锂离子电池发展历程14
• 1.2.2 锂离子电池结构与工作原理14-16
• 1.2.3 锂离子电池优点16
• 1.3 锂离子电池负极材料概述16-20
• 1.3.1 锂离子电池负极材料研究进展17-18
• 1.3.2 碳材料研究进展18-20
• 1.4 尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)的研究进展20-23
• 1.4.1 尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)的结构特点与储能机理20-22
• 1.4.2 尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)的制备方法22-23
• 1.5 尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)的改性23-28
• 1.5.1 表面修饰24-26
• 1.5.2 离子掺杂26-27
• 1.5.3 制备不同形貌的LTO纳米材料27-28
• 1.5.4 制备多孔材料28
• 1.6 尖晶石型LTO作为负极材料的应用进展28-31
• 1.7 本文的立题思想和主要内容31-33
• 第2章 介孔尖晶石型LTO纳米片的制备及其电化学行为研究33-51
• 2.1 引言33-34
• 2.2 实验部分34-38
• 2.2.1 实验材料34
• 2.2.2 主要仪器34-35
• 2.2.3 介孔尖晶石型LTO纳米片的制备35
• 2.2.4 电池的组装35-36
• 2.2.5 电极材料的表征及电化学性能测试36-38
• 2.3 结果与讨论38-50
• 2.3.1 物理表征38-43
• 2.3.2 电化学性能测试43-50
• 2.4 本章小结50-51
• 第3章 尖晶石型LTO/Ag介孔复合纳米片的制备及其电化学行为研究51-62
• 3.1 引言51
• 3.2 实验部分51-53
• 3.2.1 实验材料51-52
• 3.2.2 实验仪器52
• 3.2.3 尖晶石型LTO/Ag介孔复合纳米片的制备52-53
• 3.2.4 电池的组装53
• 3.3 结果与讨论53-60
• 3.3.1 物理表征53-55
• 3.3.2 电化学性能测试55-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第4章 介孔尖晶石型LTO/rutile-TiO_2复合纳米片的制备及其电化学行为研究62-73
• 4.1 引言62
• 4.2 实验部分62-64
• 4.2.1 实验材料63
• 4.2.2 实验仪器63-64
• 4.2.3 尖晶石型LTO/rutitle-TiO_2介孔纳米片的制备64
• 4.2.4 电池的组装64
• 4.2.5 电极材料的表征及电化学性能测试64
• 4.3 结果与讨论64-71
• 4.3.1 物理表征65-66
• 4.3.2 电化学性能测试66-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第5章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-85
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 Lijun Gong;Yuxi Chen;Hongjiang Yu;Hongbo Liu;Caifu Li;Zhi-Quan Liu;;Carbon-coated Li_4Ti_5O_(12) Anode Materials Synthesized Using H_2TiO_3 as Ti Source[J];Journal of Materials Science & Technology;2014年11期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 葛昊;尖晶石型钛酸锂的制备及电化学行为[D];哈尔滨工业大学;2009年

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本文编号：635562