学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

锂离子动力电池负极材料钛酸锂的制备与性能研究

作　者: 蒋志军
导　师: 刘开宇
学　校: 中南大学
专　业: 应用化学
关键词: 锂离子动力电池 Li4Ti5O12 固相合成 金属掺杂 表面修饰
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 306次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


钛酸锂(Li4Ti5O12),作为一种“零应变”材料,与目前商品化的碳材料相比,是更具潜力的锂离子动力电池负极材料。本文以固相法合成电极材料Li4Ti5O12,旨在通过金属掺杂、表面修饰途径,提高电导率进而改善其电化学性能,具体工作如下：本文首先考察了制备Li4Ti5O12的固相工艺和不同原料的影响。采用XRD、SEM、激光粒度对材料进行了表征,及恒流充放电、交流阻抗、循环伏安测试方法研究了材料的电化学性能。结果表明：原料为锐钛型Ti02和Li2CO3,先于750℃预烧4h,再于850℃煅烧20 h得到的材料性能最佳,样品为结晶完好的单一物相,颗粒分布均匀,粒径分布窄,粒度分布在0.2～0.6μm之间。以0.2 C的倍率进行充放电,首次放电比容量为163.4mAh·g-1,30次循环后,容量依然保持在160mAh·g-1,常温下,分别以0.5、1和3C倍率进行充放电循环50次后,容量保持率分别为96.2、94.1、86.0%。并探索了Li4Ti5O12可能的形成机理。在合成纯样的研究基础上,进行了Y3+、Yb3+、Er3+、V5+、Mg2+金属离子的掺杂。电化学测试表明：金属离子掺杂后电极材料的电荷转移阻抗都显著减小,但电化学性能却显示出很大的差异。在1C倍率下循环50次后,掺杂Y3+、Yb3+、Er3+、V5+、Mg2+的比容量分别为132.6、110.1、102.4、86.2、139.6mAh·g-1。在固相合成和金属掺杂的基础上,分别以葡萄糖和乙酸铜作为碳源和铜源制备了Li3.9Mg0.1Ti5O12/C和Li4Ti5O12/(Cu+C)复合材料。恒电流充放电结果表明,在0.1 C的倍率下放电时,Li3.9Mg0.1Ti5O12/C(C含量分别是3、5、1 0、15wt%)的首次放电容量依次为166.5、156.3、153.7和149.4mAh·g-1。对于Li4Ti5O12/(Cu+C),在0.5、1和3C倍率下,经50次充放电循环,容量保持率分别为90.4、88.4、82.0%,其放电比容量依次为155、151.7、140.6mAh·g-1。通过循环伏安测试技术得到Li4Ti5O12和Li4Ti5012/(Cu+C)电极材料的Li+扩散系数分别为4.3×10-10cm2.s-1和1.2×10-9cm2.s-1。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 文献综述  9-26
  1.1 引言  9
  1.2 锂离子动力电池  9-15
    1.2.1 锂离子电池性质  9-11
    1.2.2 锂离子动力电池发展背景  11-12
    1.2.3 锂离子动力电池发展现状  12-15
    1.2.4 锂离子动力电池发展趋势  15
  1.3 锂离子电池负极材料研究进展  15-19
    1.3.1 碳材料  16-17
    1.3.2 锂过渡金属氮化物  17
    1.3.3 过渡金属氧化物  17-18
    1.3.4 合金类材料  18
    1.3.5 硅和硅基材料  18-19
    1.3.6 钛化合物材料  19
  1.4 Li_4Ti_5O_(12)的概述  19-25
    1.4.1 Li_4Ti_5O_(12)的性质  20
    1.4.2 Li_4Ti_5O_(12)的制备方法  20-24
    1.4.3 Li_4Ti_5O_(12)的改性方法  24-25
  1.5 本论文的研究意义和内容  25-26
第二章 Li_4Ti_5O_(12)的固相合成及性能研究  26-45
  2.1 引言  26
  2.2 实验部分  26-30
    2.2.1 实验原料和仪器  26-28
    2.2.2 材料的合成  28-29
    2.2.3 电极制备  29-30
    2.2.4 扣式电池的组装  30
  2.3 性能测试及分析  30-34
    2.3.1 X-射线衍射(XRD)分析  30-31
    2.3.2 粒度分析  31
    2.3.3 扫描电镜(SEM)分析  31-32
    2.3.4 恒流充放电测试  32-33
    2.3.5 循环伏安测试  33
    2.3.6 电化学阻抗测试  33-34
  2.4 结果与讨论  34-44
    2.4.1 XRD分析  34-36
    2.4.2 SEM分析  36-37
    2.4.3 粒度分析  37-38
    2.4.4 恒流充放电测试  38-40
    2.4.5 循环性能测试  40
    2.4.6 倍率性能测试  40-41
    2.4.7 循环伏安测试  41-42
    2.4.8 电化学阻抗测试  42-43
    2.4.9 Li_4Ti_5O_(12)的形成  43-44
  2.5 小结  44-45
第三章 Li_4Ti_5O_(12)的金属掺杂及性能研究  45-56
  3.1 引言  45
  3.2 实验部分  45-48
    3.2.1 试剂和仪器  45-47
    3.2.2 材料的合成与表征  47
    3.2.3 电池组装与电化学性能测试  47-48
  3.3 结果与讨论  48-54
    3.3.1 XRD分析  48-49
    3.3.2 SEM分析  49-50
    3.3.3 恒流充放电测试  50-51
    3.3.4 循环性能  51-53
    3.3.5 电化学阻抗测试  53-54
    3.3.6 循环伏安测试  54
  3.4 本章小结  54-56
第四章 Li_4Ti_5O_(12)表面修饰及性能研究  56-68
  4.1 引言  56-57
  4.2 实验部分  57-59
    4.2.1 试剂和仪器  57-58
    4.2.2 材料的合成与表征  58
    4.2.3 电极的制备  58-59
    4.2.4 扣式电池的组装  59
    4.2.5 电极材料的电化学性能测试  59
  4.3 结果与讨论  59-67
    4.3.1 XRD表征  59-60
    4.3.2 SEM分析  60-61
    4.3.3 恒流充放电测试  61-62
    4.3.4 循环性能和倍率性能测试  62-64
    4.3.5 循环伏安  64-66
    4.3.6 电化学阻抗测试  66-67
  4.4 本章小结  67-68
第五章 结论与展望  68-70
  5.1 结论  68-69
  5.2 今后研究工作及展望  69-70
参考文献  70-80
致谢  80-81
攻读硕士期间发表的论文  81

相似论文

  1. 磷酸盐修饰对纳米TiO2光电化学性质影响研究,TB383.1
  2. 基于表面修饰和组装的硫化镉纳米薄膜电化学发光免疫传感器,TP212.2
  3. 层层组装构建多重响应性复合基因载体,TB383.1
  4. 高容量富锂层状固溶体锂离子电池正极材料的研究,TM912
  5. 多孔性羟基磷灰石/丝素复合支架的制备及其性能研究,R318.08
  6. 氧化锌可见区发光机理研究进展,O472.3
  7. 功能性磁纳米EPR生物探针的研究,TB383.1
  8. 表面修饰石墨烯的制备及其对复合材料力学性能的影响,TB332
  9. 钙钛矿型质子导体的制备、性能及电导率研究,TM24
  10. 锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备及性能研究,TM912
  11. 镍铁尖晶石纳米粉制备与在惰性阳极中应用的研究,TB383.1
  12. 大蒜素脂质体的制备及其稳定性研究,TS255.1
  13. 聚己内酯的表面改性及其对细胞行为的影响,R318.08
  14. 石墨负极低温性能影响因素及改进研究,TM912
  15. 新型锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备与改性研究,TM912
  16. 溶胶—凝胶法制备纳米Li4Ti5O12及其碳包覆改性研究,TM912
  17. 蛋白质微阵列载体表面修饰方法效果比较及其应用研究,Q51
  18. 新型二氧化钛的制备及其光催化降解苯酚的性能研究,X703
  19. 纳米TiO2的制备、表面修饰及光催化活性研究,O643.36
  20. 二恶英类化合物快速检测系统的初步构建,X502

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
© 2012 www.xueweilunwen.com