鋰離子電池正極材料Li2NiTiO4的合成及其性能表征.pdf

1、目前鋰離子電池年產量已經達到數(shù)十億只，被廣泛應用于消費類電子產品領域，但是其在HEV市場的應用所占的比例還是比較少的。除了成本、安全性能、壽命等限制因素外，最主要的限制因素還是鋰離子電池的比能量密度不夠高。因此，尋求具備較高的充放電壓平臺和較高的充放電比容量的新型材料成為當前研究的熱點之一。Li2NiTiO4正極材料以其低成本、高安全性、無污染以及較高的理論比容量(290 mA h g-1)等優(yōu)點，引起了人們的高度關注。盡管如此，Li2

2、NiTiO4的結構為無序立方鹽巖型，陽離子處于混排狀態(tài)，而使得Li+缺乏充足的擴散通道，導致首次充放電容量遠遠低于理論容量，同時，Li2NiTiO4電子導電率較低，這些因素使得Li2NiTiO4在倍率性能、循環(huán)性能和首次庫倫效率都需要很大程度的提高。因此，目前對Li2NiTiO4的研究仍處于實驗研究階段。
　　本文的主要工作內容如下：⑴研究了利用尿素對Li2NiTiO4表面進行處理后其微觀結構與電化學性能的影響。采用低溫溶膠凝膠法

3、合成了Li2NiTiO4，并在氮氣氣氛下用尿素對其進行表面處理。實驗結果表明：Li2NiTiO4在500℃下用尿素處理以后，比表面積由10 m2 g-1增加到15 m2 g-1，平均孔徑也由4.2nm增加至23.7nm；而且在該溫度下處理的Li2NiTiO4的局部晶體結構也變得有序。這些變化使得Li2NiTiO4的充放電容量和倍率性能得到較大幅度的提高。當電流密度為0.1C時，Li2NiTiO4的首次放電容量有95mAh g-1增加至1

4、30mAh g-1；當充放電電流密度提高到2C時，Li2NiTiO4的容量保持率（相對于0.1C）由37％增加至50%。⑵研究了碳納米管的添加對 Li2NiTiO4倍率特性的影響。采用球磨法將Li2NiTiO4與CNTs進行機械混合。結果表明：與CNTs混合后，Li2NiTiO4在大倍率2C下的放電容量由原來的39mAhg-1增加至58mAhg-1，倍率性能得到明顯改善。⑶研究了Li2NiTiO4充放電機理以及電化學性能在不同測試電壓測

5、試范圍的關系。研究結果表明：當選擇2.5-4.8 V的電壓測試范圍時，Li2NiTiO4首次充/放電容量分別為78.8和37.8 mA h g-1，首次庫倫效率為49%；當選擇1.5-4.8 V的電壓測試范圍時，Li2NiTiO4的首次充/放電容量分別為77.7和53.3 mA h g-1，首次庫倫效率增加到了68%。并且當電壓范圍為1.5-4.8V時，25℃，Li2NiTiO4循環(huán)50圈后，容量保持率由57.5%（2.5-4.8V）增