鋰離子電池鈦基負(fù)極材料的合成與改性研究.pdf

1、鈦基負(fù)極材料由于具有較高的安全性、較長的循環(huán)壽命和環(huán)保無污染等優(yōu)點，受到研究者廣泛關(guān)注。然而電導(dǎo)率低，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。溶膠凝膠法，能實現(xiàn)原料原子級水平混合，具有反應(yīng)溫度低、周期短和制備材料粒徑較小、顆粒分布均勻，電化學(xué)性能較好等優(yōu)點。本文采用溶膠凝膠法成功制備出Li2ZnTi3O8、Li4Ti5O12和Li2Na2Ti6O14。通過對其晶型、形貌和電化學(xué)性能研究，確定了最佳合成工藝。同時采用摻雜、包覆等改性手段對其進(jìn)行研究。

2、　　本文采用溶膠凝膠法制備Li2ZnTi3O8，得出最佳制備工藝：螯合劑量是過渡金屬離子的1.5倍，預(yù)燒時間4h，預(yù)燒溫度為350℃，煅燒時間為9h，煅燒溫度為750℃。同時研究葡萄糖熱解碳包覆和首次采用銅摻雜對Li2ZnTi3O8形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。其中，包覆碳3wt.％的樣品性能最好，在電流密度為500mAhg-1的電流密度下可逆容量達(dá)到228mAhg-1。Cu2+摻雜的Li2Zn0.6Cu0.4Ti3O8樣品比較結(jié)果表明

3、，摻雜增大了材料晶格常數(shù)和降低了粒徑，提高了材料的比容量和循環(huán)性能，50mAg-1的電流密度下放電比容量可達(dá)261.7mAhg-1。
　　本文采用溶膠凝膠法制備Li4Ti5O12，得出最佳制備工藝：煅燒溫度800℃、煅燒時間10 h，此時材料首次放電比容量為172.2 mAh·g-1，循環(huán)50次后達(dá)到165.3 mAh·g-1。同時研究二氧化鈦包覆和首次引入Ni摻雜對Li4Ti5O12形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，二氧化

4、鈦包覆有效抑制了顆粒團(tuán)聚，電化學(xué)性能明顯改善。其中包覆量為3wt.%的樣品性能最好，在50mAg-1下，首次放電比容量為208mAhg-1。首次合成Li4Ti5-xNixO12(x=0、0.03、0.05、0.08)四個樣品，研究表明，其中Li4Ti4.95Ni0.05O12在50mAg-1下，可逆容量高達(dá)206.3mAhg-1，循環(huán)50次后203.2mAhg-1，容量保持率達(dá)到96.7%。改善的性能主要歸因于部分Ti-O鍵被Ni-O鍵

5、所取代使晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，循環(huán)性能有所改善。
　　最后本文采用溶膠凝膠法合成新型負(fù)極材料Li2Na2Ti6O14并對其性能及改性進(jìn)行探索。研究發(fā)現(xiàn)在800℃下熱處理8h樣品性能最好。首次充電比容量為120mAhg-1，循環(huán)50次后容量保持為109.3mAhg-1。同時系統(tǒng)研究了Li+和Na+含量不同比例對Li2Na2Ti6O14電化學(xué)性能的影響。其中，Li2.15Na1.85Ti6O14表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，首次充電比容量為12