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锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备及改性研究

作　者: 麦发任
导　师: 吴显明
学　校: 吉首大学
专　业: 应用化学
关键词: 主题词 锂离子电池 负极材料 Li4Ti5O12改性 固相法 溶胶-凝胶法
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


尖晶石型Li4Ti5O12作为“零应变”材料，广泛引起很多科研工作者的兴趣。本文以改善Li4Ti5O12的倍率特性为目标，采用了X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电、电化学阻抗和循环伏安测试手段，从制备、改性、结构、形貌及电化学性能等方面对尖晶石型Li4Ti5O12进行了深入的研究。在论文的第一章，简要地介绍了锂离子电池的结构与工作原理，尖晶石型Li4Ti5O12负极材料的课题背景，简要阐述了尖晶石型Li4Ti5O12负极材料的制备及改性。第二章里介绍了实验材料及研究方法，详细介绍了材料的物相、结构表征手段及电化学测试方法。第三章里分别采用固相法和三乙醇胺辅助溶胶-凝胶法制备锂离子电池负极材料尖晶石型Li4Ti5O12。2种方法制备的Li4Ti5O12均为尖晶石结构，其中三乙醇胺与Ti摩尔比为0.8时，Li4Ti5O12体现了相对较好的倍率性能和循环稳定性。1.0C下，其首次放电容量为153.03mAh·g-1，35次循环后放电容量为139.94mAh·g-1，容量保持率为91.45%。在第四章里为了改善尖晶石型Li4Ti5O12的锂离子传导率和电性能，以Li4Ti5O12和AgNO3为前驱体，甲醛为还原剂，采用无电流分解沉积法制备合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/Ag，结果表明Li4Ti5O12表面包覆的Ag提高了Li4Ti5O12电极材料的导电率，其循环性能得到有效地改善。在0.3倍率下经过35次充放电循环，放电比容量为137.2mAh·g-1，其容量保持率分别为88.3%，电化学阻抗测试表明：表面包覆的Ag使其电荷转移阻抗大幅度减少。在最后得第五章中，针对尖晶石Li4Ti5O12具有相对较低的离子电导率缺点，利用Li4Ti5O12结构“零应变”的优点和快离子导体Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3具有较高的离子电导率和较低的活化能的优点，采用溶胶-凝胶法合成一种新型的Li4Ti5O12/Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3复合材料。所合成的材料具有良好的尖晶石立方结构；Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3的引入增强了材料的导电能力、降低了Li+迁移阻抗，并显著提高了其电化学性能；其中引入量为3wt%最佳，Li4Ti5O12/Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3具有较低的Li+嵌入/脱出反应阻抗（159.7）、放电容量最优，0.1C倍率下充放电其首次放电容量为186mAh·g-1，即使在1C倍率下放电时也有158mAh·g-1的容量，循环性能较好。

全文目录


摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章 绪论  12-22
  1.1 引言  12
  1.2 锂离子电池的结构与工作原理  12-14
  1.3 锂离子电池的特点  14
  1.4 锂离子电池电极材料  14-17
    1.4.1 正极材料简介  14-16
    1.4.2 电解质材料  16
    1.4.3 隔膜  16-17
  1.5 负极材料 Li_4Ti_5O_(12)的研究进展  17-20
    1.5.1 Li_4Ti_5O_(12)结构和电化学性能  17-18
    1.5.2 Li_4Ti_5O_(12)的制备方法  18-19
    1.5.3 Li_4Ti_5O_(12)存在的问题及改性研究  19-20
  1.6 选题依据及主要研究内容  20-22
第2章 实验材料及研究方法  22-26
  2.1 实验原料及仪器  22-23
    2.1.1 实验原料  22
    2.1.2 仪器与设备  22-23
  2.2 样品的物相、结构及相关表征  23-25
    2.2.1 X 射线衍射分析(XRD)  23
    2.2.2 扫描电子显微镜测试(SEM)  23
    2.2.3 电化学性能测试  23-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章 尖晶石型 Li_4Ti_5O_(12)的制备与性能研究  26-34
  3.1 引言  26
  3.2 尖晶石型 Li_4Ti_5O_(12)的制备  26-27
    3.2.1 固相法  26-27
    3.2.2 溶胶凝胶法  27
  3.3 固相法和溶胶-凝胶法性能比较分析  27-32
    3.3.1 X 射线衍射(XRD)比较  27-28
    3.3.2 扫描电子显微镜(SEM)比较  28-29
    3.3.3 充放电性能比较  29-31
    3.3.4 化学阻抗抗谱(EIS)比较  31
    3.3.5 循环伏安（CV）比较  31-32
  3.4 本章小结  32-34
第4章 尖晶石型 Li_4Ti_5O_(12)/Ag 负极材料的合成及电化学性能研究  34-40
  4.1 引言  34
  4.2 尖晶石型 Li_4Ti_5O_(12)/Ag 的制备  34-35
  4.3 Li_4Ti_5O_(12)/Ag  35-39
    4.3.1 Li_4Ti_5O_(12)/Ag 的结构及形貌  35-36
    4.3.2 Li_4Ti_5O_(12)/Ag 电化学行为  36-39
  4.4 本章小结  39-40
第5章 复合材料 Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的制备及性能研究  40-48
  5.1 引言  40
  5.2 Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3和 Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的制备  40-42
  5.3 Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3  42-46
    5.3.1 Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的结构及形貌  42-43
    5.3.2 Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3电化学行为  43-46
  5.4 本章小结  46-48
全文结论  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-57
作者在学期间取得的学术成果  57

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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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