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负极材料Li_4Ti_5O_(12)制备及性能研究

作　者: 张金歌
导　师: 杨长春
学　校: 郑州大学
专　业: 物理化学
关键词: 铿离子电池 负极材料 水热法 碳包覆
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


尖晶石型Li4Ti5O12作为锂离子电池的负极材料,由于电化学性能优良、环境友好、成本低廉等突出优点,被称为“零应变”材料,并引起很多科研工作者及企业的足够重视。本文对具有尖晶石结构Li4Ti5O12材料进行研究,分别利用高温固相法、溶胶—凝胶法、水热法制备了电极材料Li4Ti5O12。分别研究了煅烧时间、焙烧温度、原料配比对电极材料性能的影响。一、CH3COOLi·2H2O与无定形TiO2分别在800℃煅烧不同时间,合成Li4Ti5O12。研究发现：利用固相法烧结样品时,800℃烧结15h,能够合成纯相Li4Ti5O12,0.1C恒流充放电条件下首次放电比容量为146mAh·g-1,是理论值的83%。微波煅烧电化学性能较优越,O.1C首次放电比容量达到151mAh·g-1,但不适于大规模生产。同时还对样品A15进行了碳包覆,蔗糖为碳源,当C:Li4Ti5O12=6：94时,比容量最大,首次放电比容量达到157mAh·g-1,碳的添加,提高了Li4Ti5O12的导电性。二、溶胶—凝胶法制备样品,TiO(C4H9)4与CH3COOLi·2H2O为原料,乙酰丙酮为螫合剂,无水乙醇为溶剂,制备凝胶。通过对比试验发现：溶剂的用量及水解反应温度对凝胶时间影响较大,当TiO(C4H9)4与无水乙醇体积比为1：8,水解反应温度40°C,凝胶时间控制在5h,制备得到的凝胶较好。利用TG-DSC、XRD、SEM、恒流充放电、循环伏安等测试方法对制备条件进行了讨论,研究发现：煅烧时间的长短直接影响产物的纯度,800℃烧结15h合成得到尖晶石Li4Ti5O12的单一相,产物颗粒粒度较小,分布比较均匀,0.1C首次放电比容量为155mAh·g-1,但是1C放电比容量就只有121mAh·g-1,样品的大倍率充放电性能不是很理想。三、目前水热法大量应用于锂离子电池正极材料的制备中,但很少有水热法制备负极材料的报道。钛酸四丁酯和醋酸锂为起始原料,乙酰丙酮为螯合剂,硫酸铵为电解质,采用水热法合成了纳米级尖晶石Li4Ti5O12的单一物相。当锂过量100%时,能够得到均一物相尖晶石型Li4Ti5O12,0.1C首次放电比容量为160mAh·g-1四、本论文还组装了Li4Ti5O12/LiCoO2实验电池,O.1C恒流充放电测试首次放电比容量达到142mAh·g-1

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 引言  11-12
  1.2 锂离子电池简介  12-17
    1.2.1 锂离子电池发展状况  12-13
    1.2.2 锂离子电池工作原理及特点  13-14
    1.2.3 锂离子电池研究进展  14-17
  1.3 锂离子电池正极材料  17-20
    1.3.1 Li-Co-O体系  18-19
    1.3.2 Li-Ni-O体系  19
    1.3.3 Li-Mn-O体系  19-20
    1.3.4 Li-Fe-PO_4体系  20
    1.3.5 其它正极材料  20
  1.4 锂离子电池负极材料  20-25
    1.4.1 碳素负极材料  21
    1.4.2 合金负极材料  21-22
    1.4.3 锡氧化物负极材料  22-23
    1.4.4 钛氧化物负极材料  23-25
  1.5 锂离子电池电解液  25-26
  1.6 选题依据及主要研究内容  26-27
第二章 实验药品、实验仪器  27-29
  2.1 实验药品  27-28
  2.2 实验仪器  28-29
第三章 固相法合成Li_4Ti_5O_(12)  29-37
  3.1 引言  29
  3.2 实验部分  29-30
    3.2.1 样品的制备  29
    3.2.2 对锂半电池的制备  29-30
  3.3 结果与讨论  30-35
    3.3.1 材料表征  30-32
    3.3.2 电化学性能检测  32-35
  3.4 碳包覆  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章 溶胶凝胶法合成Li_4Ti_5O_(12)  37-46
  4.1 引言  37
  4.2 实验部分  37-39
    4.2.1 样品的制备  37
    4.2.2 溶胶-凝胶体系影响因素的研究  37-39
  4.3 结果与讨论  39-44
    4.3.1 热重分析  39-40
    4.3.2 材料表征  40-42
    4.3.3 电化学性能检测  42-44
  4.4 本章小结  44-46
第五章 水热法合成Li_4Ti_5O_(12)  46-52
  5.1 引言  46
  5.2 实验部分  46-47
    5.2.1 样品的制备  46
    5.2.2 样品的检测  46-47
  5.3 结果与讨论  47-51
    5.3.1 材料表征  47-48
    5.3.2 电化学性能检测  48-51
  5.4 本章小结  51-52
第六章 Li_4Ti_5O_(12)/LiCoO_2实验电池性能检测  52-54
  6.1 引言  52
  6.2 实验部分  52
  6.3 结果与讨论  52-53
  6.4 本章小结  53-54
第七章 结论  54-56
参考文献  56-61
个人简历  61-62
致谢  62

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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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