鋰離子電池負極材料Li4Ti5O12的制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池是一種有著遠大發(fā)展前景的儲能裝置,其具有優(yōu)良的功率密度、充放電循環(huán)壽命、資源廣、環(huán)境友好等優(yōu)勢。電極材料的性能對鋰離子電池的使用有著最重要的影響。尖晶石型鈦酸鋰 Li4Ti5O12是目前最具有潛力的鋰離子電池負極材料,其具有“零應(yīng)變”效應(yīng),成為當(dāng)前電極材料研究的重點。本文旨在通過不同制備方法—噴霧干燥法、水熱法、噴霧熱解法—分別合成具有多孔狀、絮狀、微球狀的Li4Ti5O12材料,分別研究原料的用量、熱處理溫度及時間等對樣品結(jié)

2、構(gòu)及形貌影響,采用恒流充放電法、交流阻抗法、循環(huán)伏安法對合成負極材料進行電化學(xué)性能表征。本文主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用水熱法制備具有納米絮狀尖晶石型鈦酸鋰。研究發(fā)現(xiàn):以鈦酸丁酯、氫氧化鋰為原料,180℃水熱24h獲得白色前驅(qū)體經(jīng)600℃熱處理5h可獲得高結(jié)晶度鈦酸鋰Li4Ti5O12,鈦酸鋰表面呈納米絮狀,有利于電解液的浸潤,改善電化學(xué)性能,納米絮狀鈦酸鋰在0.2C倍率條件測試,容量達到156.4 mAhg-1,50圈循環(huán)容量

3、保持率為87.7％。
　　(2)以廉價TiCl4、LiOH·H2O為原料,采用噴霧干燥法,合成具有多孔球狀鈦酸鋰Li4Ti5O12,深入探討原料用量、霧化速度、前驅(qū)體熱處理溫度及時間對產(chǎn)物晶型及形貌影響。結(jié)果表明,適當(dāng)提高氫氧化鋰用量,850℃熱處理前驅(qū)體8h可獲得單一純相鈦酸鋰,多孔球狀有利于電解液充分浸潤電極材料,在0.2C倍率條件下初次放電可獲得152.7 mAhg-1,庫倫效率高達97.3%,50圈循環(huán)后容量保持率達87.

4、3%,具有良好的電化學(xué)性能。
　　(3)一步噴霧熱解法,操作簡單,可快速合成結(jié)晶度高,球形度極好的尖晶石型鈦酸鋰Li4Ti5O12。結(jié)果表明:以鈦酸丁酯、硝酸鋰為原料合成樣品的電化學(xué)性能優(yōu)于以TiCl4、LiOH·H2O為原料合成樣品的性能,霧化溫度及時間對產(chǎn)物晶型及電化學(xué)性能有重要影響,900℃采用2000mm長管式爐熱解獲得鈦酸鋰樣品電化學(xué)性能最優(yōu),0.2C倍率條件下初次放電容量達到170.1 mAhg-1,經(jīng)50圈充放電循環(huán)