鏈狀結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12-C的合成和LiMn2O4-Li4Ti5O12鋰離子電池的電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有循環(huán)壽命長、無污染、比能量大、功率大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點,成為取代污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)能源的清潔新能源儲備裝置。動力汽車及大型儲能設(shè)備,要求具有較高的電壓、更低成本和更安全的電極材料。然而,商業(yè)化的鈷酸鋰電極材料價格昂貴,在充放電過程中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,難以滿足動力汽車的要求;石墨負(fù)極材料因其電壓平臺接近鋰金屬,充放電過程中易形成SEI膜,形成枝晶,導(dǎo)致安全性能不好,商業(yè)鈷酸鋰/石墨鋰離子電池難以滿足大型儲能設(shè)備的需求。
　　

2、因此,研發(fā)具有安全性能好,價格便宜、電壓高、資源豐富、無污染等優(yōu)點的電極材料成為發(fā)展鋰離子電池新能源關(guān)鍵因素之一:尖晶石型錳酸鋰具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電壓高、安全性能好、對環(huán)境友好、材料廉價等優(yōu)點,被認(rèn)為是取代鈷酸鋰材料的新型動力電池的理想正極材料;負(fù)極材料鈦酸鋰具有安全性能好,資源豐富、易制備、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、倍率性能好、材料廉價等優(yōu)點,能夠滿足動力汽車瞬間放電的需求,結(jié)合此兩種材料各自的優(yōu)點,本論文將合成和改性鈦酸鋰材料,再用改性好的鈦酸鋰和錳酸

3、鋰組裝成LiMn2O4/Li4Ti5O12鋰離子電池,并對其電化學(xué)性能研究,得出如下結(jié)論:
　　 1.通過利用軟模板濾紙輔助溶膠-凝膠法制備鏈狀結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12/C粉末,通過XRD,TEM和SEM表征,其顆粒形貌光滑,大小為250nm,顆粒的表面包覆著一層4nm厚的碳,顆粒之間形成1～3μm的鏈。通過恒流充放電,阻抗測試和循環(huán)伏安法測試表征,結(jié)果表明其具有較好的電化學(xué)性能,在0.2C、12C的倍率下,其首次放電比容量分別為

4、165.1mAhg-1和110.3mAhg-1,在5C的倍率下,經(jīng)過470個循環(huán)后,其容量保持率為89％。說明鏈狀結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12/C具有很好的循環(huán)性能和倍率性能。
　　 2.通過淀粉膠狀輔助液流變相法以LiCO3、TiO2和淀粉為原料制備Li4Ti5O12/C復(fù)合物,通過XRD、SEM、TEM和熱重進行表征,其空間點群為Fd3m,顆粒形貌為球狀,顆粒上有5nm厚度的碳包覆在其表面,其顆粒大小為500nm。與純凈的Li4

5、Ti5O12比較,制備得到的Li4Ti5O12/C復(fù)合物有較高的比容量,較好的倍率性能和循環(huán)性能,分別在0.2C、20C的倍率下的首次放電比容量分別為171.5mAhg-1和110mAh g-1,在1C倍率下,經(jīng)過500個循環(huán)后,其容量保持率為87%;在20C倍率下,經(jīng)過2000個循環(huán)后容量保持率為73%。
　　 3.商業(yè)LiMn2O4材料通過XRD、SEM和粒度分析進行表征,結(jié)果表明其空間點群為Fd3m,平均顆粒大小為275n

6、m;對LiMn2O4的電化學(xué)性能測試表明LiMn2O4在3.95V和4.10V左右有兩個不同的放電平臺;在不同倍率下進行電化學(xué)性能測試,表現(xiàn)出較好的倍率性能;在倍率為0.5C,20C的首次放電比容量分別為116mAhg-1,68mAhg-1,在1C的倍率充放電測試下,經(jīng)過500次循環(huán)后放電容量保持率為66%,說明LiMn2O4材料具有較好的循環(huán)性能、較高的放電電壓和較好的倍率性能。
　　 4.對LiMn2O4/Li4Ti5O12