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锂电池电极材料TiP2O7和LiTi2(PO4)3的制备及其电化学性能
作 者: 周艳
导 师: 盖利刚
学 校:
专 业: 应用化学
关键词: 锂电池 电极材料 TiP2O7 LiTi2(PO4)3 碳复合
分类号: TM912
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
具有超结构的TiP2O7材料和NASICON结构的LiTi2(PO4)3材料由于其稳定的三维框架结构,越来越受到人们的关注,并且因其价格低廉,安全无污染,循环稳定性良好等优势,在锂电池电极材料方面具有广泛的应用前景。但是,这两种材料的本征电导率较低,特别是电子电导率低下,导致材料极化现象严重,影响其电化学性能,限制了材料在实际中的应用。目前,研究者一般采用包碳或掺杂改性来提高材料的电导率。本文基于提高材料的电子电导率,对材料进行了碳复合改性,通过溶剂热法和一步高温煅烧法合成了具有特殊形貌的TiP2O7/C原位复合材料,通过共沉淀法和一步高温煅烧法合成了LiTi2(PO4)3/C原位复合材料,同时改变磷源或者煅烧条件制备了纯TiP2O7材料和LiTi2(PO4)3材料。分别利用XRD、SEM、FT-IR、TEM以及元素分析等测试技术对合成样品进行了表征和分析,并采用恒流充放电和循环伏安等测试技术对样品进行了电化学性能表征。我们以钛酸四丁酯或四氯化钛为钛源,植酸为磷源和碳源,采用溶剂热法和一步高温煅烧法合成了具有花朵状形貌的TiP2O7/C原位复合材料,探究了溶剂热反应时间和煅烧温度对其结构和形貌的影响。为了证明碳复合产物电化学性能的优良,我们还改变磷源或者煅烧条件制备了纯TiP2O7材料,并对材料进行了电化学性能测试。分析结果证明,TiP2O7/C原位复合材料的电化学性能明显优于纯TiP2O7材料。TiP2O7/C复合材料在充放电0.1C倍率下首次放电比容量达到119.6mAh/g,为理论比容量的98.8%,首次库伦效率也达到74.2%。我们以钛酸四丁酯为钛源,氢氧化锂为锂源,植酸为磷源和碳源,采用共沉淀法和一步高温煅烧法合成了LiTi2(PO4)3/C原位复合材料,探究了煅烧温度对其结构的影响,同时改变磷源或煅烧条件制备了纯LiTi2(PO4)3材料,并对材料进行电化学性能测试。分析结果证明,LiTi2(PO4)3/C原位复合材料的电化学性能明显优于纯LiTi2(PO4)3材料。LiTi2(PO4)3/C复合材料在0.1C倍率下首次放电比容量达到133.8mAh/g,为理论比容量的96.7%,首次库伦效率也达到94.6%。
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全文目录
摘要 7-8 ABSTRACT 8-10 第1章 绪论 10-24 1.1 锂离子电池概述 10-13 1.1.1 锂离子电池的发展概况 10-11 1.1.2 锂离子电池的特点及应用 11-12 1.1.3 锂离子电池的结构体系 12-13 1.1.4 锂离子电池的工作原理 13 1.2 锂离子电池电极材料概述 13-17 1.2.1 正极材料 13-15 1.2.2 负极材料 15-17 1.3 TiP_2O_7的研究进展 17-19 1.3.1 TiP_2O_7的结构及电化学性能 17-18 1.3.2 TiP_2O_7的制备方法 18-19 1.4 LiTi_2(PO_4)_3的研究进展 19-21 1.4.1 LiTi_2(PO_4)_3的结构及电化学性能 19-20 1.4.2 LiTi_2(PO_4)_3的制备方法 20-21 1.5 论文的选题依据、主要内容及创新点 21-24 1.5.1 论文的选题依据 21-22 1.5.2 论文的主要内容 22 1.5.3 创新点 22-24 第2章 TiP_2O_7材料的制备及表征 24-42 2.1 引言 24 2.2 实验部分 24-28 2.2.1 实验试剂与仪器 24-25 2.2.2 TiP_2O_7材料的制备 25-26 2.2.3 扣式电池的制作 26 2.2.4 材料的表征和电化学性能测试 26-28 2.3 结果与讨论 28-39 2.3.1 材料的结构、组成和形貌等分析 28-35 2.3.2 材料的电化学性能分析 35-39 2.4 本章小结 39-42 第3章 LiTi_2(PO_4)_3材料的制备及表征 42-54 3.1 引言 42 3.2 实验部分 42-46 3.2.1 实验试剂与仪器 42-44 3.2.2 LiTi_2(PO_4)_3材料的制备 44 3.2.3 扣式电池的制作 44-45 3.2.4 材料的表征和电化学性能测试 45-46 3.3 结果与讨论 46-52 3.3.1 材料的结构、组成和形貌等分析 46-49 3.3.2 材料的电化学性能测试 49-52 3.4 本章小结 52-54 第4章 结论与展望 54-56 4.1 主要结论 54 4.2 展望 54-56 参考文献 56-63 致谢 63-64 在学期间主要科研成果 64
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 蓄电池
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