钛酸锂电极材料的制备及其电化学性能研究
本文选题:钛酸锂 + 二氧化钛 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文
【摘要】:目前,中国经济的快速发展很大程度上依赖化石燃料的消耗。然而,化石燃料的过度使用导致了诸如全球变暖和空气污染等环境问题。化石燃料属于不可再生能源,寻找清洁和可再生能源,以解决化石燃料带来的环境问题和确保可持续发展迫在眉睫。以锂离子电池提供动力的电动汽车具有替代传统内燃机,减少温室气体排放的潜力。锂离子电池具有循环寿命长和能量转化效率高等优势,在消费类电子设备、工业储能设备和电动汽车领域扮演重要角色。在追求电池高能量密度、高功率密度和长循环寿命等性能的同时,提高其安全性不可忽视。作为锂离子电池负极材料,钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))在1.55 V的嵌锂电位可以避免SEI膜形成和锂枝晶生长。同时,Li_4Ti_5O_(12)性质稳定,适用广泛;还具有价格低廉、环保友好等特点。但是,Li_4Ti_5O_(12)的锂离子扩散系数和电导率较低,限制了其倍率性能。构造纳米尺度的Li_4Ti_5O_(12)缩短电子和锂离子扩散距离并使用非碳材料进行复合提高电导率和锂离子扩散速率是一种非常有效的提高材料倍率性能手段。本文以提高Li_4Ti_5O_(12)的倍率性能为出发点,以纳米化为手段对Li_4Ti_5O_(12)材料进行研究。(1)使用溶胶凝胶法,以乙酸为络合剂制备Li_4Ti_5O_(12)纳米颗粒。在保持高物相纯度、良好结晶性的同时,通过络合剂延缓反应时间,使反应在分子级别进行,将样品粒径控制在40~60 nm。在电化学性能方面,络合剂的使用降低颗粒尺寸,进而利于锂离子和电子传输,提升Li_4Ti_5O_(12)的倍率性能和循环稳定性。0.1 C倍率下比容量为168 m Ah g-1,1 C倍率下循环100圈后容量为120.5 m Ah g-1。(2)使用水热法制备尺度在200~300 nm,厚度为30 nm的纯相Li_4Ti_5O_(12)纳米片;解释纳米片的形核长大机制;探究不同煅烧温度对Li_4Ti_5O_(12)纳米片形貌和电化学性能的影响。在600°C煅烧6 h得到的Li_4Ti_5O_(12)纳米片不仅结晶度高,同时形貌均匀,拥有最高的比容量和最佳倍率性能。这种分散、独立的纳米薄片结构缩短了锂离子和电子扩散路径,利于其快速传输。(3)以尿素为添加剂使用改进水热法制备尺寸范围在100~300 nm,具有八面体结构的纯相Li_4Ti_5O_(12)颗粒。XRD测试和FESEM表征表明添加质量比为5%的尿素能够促进形成物相纯度高、结晶性良好和粒径均匀的Li_4Ti_5O_(12)八面体,同时还会抑制颗粒的团聚现象。(4)以简单和廉价的水热法合成超薄Li_4Ti_5O_(12)和TiO_2条带交替组成的双相纳米片,阐释双相材料形成机制。通过精确控制原料中锂和钛的比例,调控条带宽度;探究不同配比对材料晶体结构、形貌、比表面积和电化学性能的影响。TiO_2条带在双相Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2纳米片中充当通道作用,让电子和锂离子快速嵌入脱出Li_4Ti_5O_(12)能力,提升了导电率和锂离子扩散速率。这一方法为制造新一代非碳高安全和高倍率性能的负极材料提供了可能。
[Abstract]:At present, China's rapid economic growth largely depends on fossil fuel consumption. However, excessive use of fossil fuels has led to environmental problems such as global warming and air pollution. Fossil fuels are non-renewable energy, so it is urgent to find clean and renewable energy to solve the environmental problems caused by fossil fuels and to ensure sustainable development. Electric vehicles powered by lithium-ion batteries have the potential to replace conventional internal combustion engines and reduce greenhouse gas emissions. Li-ion batteries have the advantages of long cycle life and high energy conversion efficiency, and play an important role in consumer electronics, industrial energy storage equipment and electric vehicles. While pursuing the performance of high energy density, high power density and long cycle life, it can not be ignored to improve its safety. As a cathode material for lithium-ion batteries, lithium titanate Li4TiTi5O-1) at 1.55 V lithium intercalation potential can avoid SEI film formation and lithium dendrite growth. At the same time, Li4Ti5OCoC has a stable nature and wide application. It also has the characteristics of low price, friendly environment and so on. However, the low lithium ion diffusion coefficient and conductivity of Li4Ti5O\'s\? It is a very effective means to improve the performance of materials by shortening the electron and lithium ion diffusion distances and using non-carbon materials to compound to improve the conductivity and the diffusion rate of lithium ions. In this paper, with the aim of improving the performance of the Li _ 4Ti _ 5O _ O _ (12) as a starting point, and by means of nanocrystalline, we have studied the Li4Ti5O _ (12) _ () material. While maintaining high phase purity and good crystallinity, the reaction time was delayed by the complex agent, and the reaction was carried out at the molecular level, and the particle size of the sample was controlled at 4060 nm. In terms of electrochemical properties, the use of complexing agents reduces particle size and facilitates lithium ion and electron transport. The specific capacity at 0.1 C ratio is 168m Ah g-1C ratio, and the capacity is 120.5 mAh g-1.2C) the pure phase Li4Ti5OOC12 nanocrystalline is prepared by hydrothermal method with the scale of 200nmt and thickness of 30nm. The specific capacity is 168mAh g-1C ratio and the specific capacity is 168mAh g-1C ratio. The mechanism of nucleation and growth was explained, and the effects of different calcination temperatures on the morphology and electrochemical properties of Likes _ 4Ti _ 5O _ s _ (12) nanoparticles were investigated. Li _ 4Ti _ 5O _ 2O _ (12) nanochips calcined at 600 掳C for 6 h not only have high crystallinity, but also have uniform morphology, the highest specific capacity and the best rate performance. This dispersed, independent nanoscale structure shortens the lithium ion and electron diffusion pathways, The results of XRD and FESEM analysis showed that urea with a mass ratio of 5% could promote the purity of the formed phase, and the size range was 100 ~ 300nm, and the pure phase Li _ 4Ti _ 5O _ 2O _ (12) with octahedron structure could be prepared by the modified hydrothermal method. LiS _ 4Ti _ 5O _ O _ (12) octahedron with good crystallinity and uniform particle size can also inhibit the agglomeration of the particles. (4) Ultra-thin Li4Ti5O / S _ 12) and TIO _ (2) alternate biphasic nanochips are synthesized by a simple and cheap hydrothermal method to explain the formation mechanism of the biphasic materials. By accurately controlling the ratio of lithium to titanium in the raw material, adjusting the strip width, and exploring the effects of different ratios on the crystal structure, morphology, specific surface area and electrochemical properties of the material. The ability to rapidly embed electrons and lithium ions out of Li4Ti5O\ This method makes it possible to fabricate a new generation of non-carbon high-safety and high-rate negative materials.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM912;TB383.1
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;二硫化钼的物理、化学性能及润滑原理[J];电碳技术;1977年Z1期
2 戴萃辰;脂肪族化合物的物理化学性能的结构基础[J];自然杂志;1979年07期
3 何林生;;钛白废酸提钪及钪的应用[J];杭州化工;1991年02期
4 张勇;霍庆媛;王力臻;张爱勤;宋延华;;LiFePO_4/MWNTs/BC复合材料的制备及电化学性能[J];热加工工艺;2012年24期
5 杜霞;薛卫东;刘帆;李昱树;;n型硅/碳复合材料的制备及电化学性能研究[J];电子元件与材料;2013年01期
6 ;钛及钛钼合金电化学性能的研究[J];上海有色金属;1978年03期
7 龚茜,,谭攸庚;钌钛锡氧化物阳极表面形态及电化学性能研究[J];氯碱工业;1995年05期
8 邓凌峰;陈洪;;2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性能[J];材料导报;2009年22期
9 Degussa;徐翔飞;;“白炭黑”的制备工艺及其物理—化学性能[J];橡胶译丛;1981年03期
10 刘春莲;;《材料化学性能》课的教学实践[J];太原理工大学学报(社会科学版);2002年S1期
相关会议论文 前10条
1 郄富昌;彭庆文;唐致远;;锂离子电池负极材料Li_2ZnTi_3O_8/C纳米颗粒的制备及其电化学性能[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
2 李良超;郝仕油;林秋月;应桃开;;纳米氧化锰的制备及其电化学性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 刘志超;党海军;陈广宇;张自禄;;氟化石墨的制备与电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
4 张森;李志勇;;氟化处理对储氢合金电化学性能的影响研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
5 季益刚;周益明;邵阳;戴跃华;俞燕青;王青;唐亚文;陆天虹;沈涛;;氢氧化镍的低热固相合成及其电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
6 董怡辰;王振波;秦华;;炭包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年
7 侯磊;吴茂;何新波;曲选辉;;碳含量对磷酸钒锂电化学性能的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
8 邹红丽;招睿雄;沈培康;;钨掺杂LiFePO_4的合成和电化学性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
9 樊小勇;江宏宏;黄令;孙世刚;;电镀锡作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
10 王婷;曹中秋;边静;;镁铝储氢电极合金的制备及电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
相关重要报纸文章 前1条
1 ;锌的性质与用途[N];期货日报;2007年
相关博士学位论文 前10条
1 卢桂霞;过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
2 胡梅娟;金属氧化物基锂/钠离子电池负极材料制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2014年
3 刘芳延;基于综纤维素制备炭基复合材料及其电化学性能研究[D];东北林业大学;2015年
4 江小剑;基于脱合金法的锰基微纳结构的构筑及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
5 王聪;锂离子电池电极材料Li_3V_2(PO_4)_3的制备及其电化学性能改性研究[D];北京化工大学;2015年
6 莫润伟;高性能锂离子电池正极材料LiV_3O_8的制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
7 历彪;钛的含氟氧化物及其锂化产物纳米粒子的合成、表征与电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2015年
8 张春艳;复杂结构过渡金属氧化物及其复合物锂离子电池负极材料的制备及电化学性能[D];安徽大学;2016年
9 陶石;基于聚阴离子型锂/钠离子电池正极材料的结构调制及电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
10 司露露;碳复合钼基、钒基电极材料的制备及其电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
相关硕士学位论文 前10条
1 栗志同;钒基材料的合成、表征及其电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年
2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫复合材料的制备及其Li-S电池电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年
3 燕平;氢驱动化学反应法制备Li_xal_ySi_z锂离子电池负极材料及其电化学性能[D];浙江大学;2015年
4 杜志玲;掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D];燕山大学;2015年
5 宋巧兰;新型离子液体的制备及其电化学性能研究[D];陕西科技大学;2015年
6 黄文静;新型导电聚合物-石墨烯电极材料的制备及电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年
7 康怡然;纳米二氧化锰/碳材料复合电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];郑州大学;2015年
8 张亦弛;低维氧化钼纳米材料微观结构及其电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年
9 李涛;Fe-Mn-Ti-C锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
10 申亚举;水系锂离子电池负极材料LiTi_2(P0_4)_3的制备及性能研究[D];沈阳理工大学;2015年
本文编号:2041935
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/2041935.html