動力鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備及改性研究.pdf

1、鋰離子電池尤其是鋰離子動力電池因具有高工作電壓、高比容量、高能量密度和優(yōu)越的循環(huán)性能等優(yōu)點,被認為是應用于電動汽車的一種非常有前景的電池。相對于碳負極,尖晶石型鈦酸鋰的嵌鋰電位接近于1.55 V(相對于金屬鋰),遠高于金屬鋰的析出電位,能夠避免生成鋰枝晶而引起的安全事故;在充放電過程中,可逆性好,容量保持率高,體積幾乎無變化,被認為是“零應變”嵌鋰材料,是一種很有潛力的動力鋰離子電池負極材料。但是,鈦酸鋰材料本征電導率較低,嚴重影響其大

2、電流充放電的性能。通過摻雜金屬離子、引入高導電相或合成方法的改進,可以顯著改善其倍率性能。目前常用的鈦酸鋰材料的合成方法有高溫固相法、溶膠-凝膠法、水熱法等。高溫固相反應工藝簡單,易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),但合成溫度高、燒結(jié)時間長、能耗大、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)物粒徑分布不易控制,均勻性,重現(xiàn)性和一致性較差。而其他軟化學方法合成溫度低,時間短,產(chǎn)物粒徑小,均一性好,材料性能相對于傳統(tǒng)的固相法有較大提高,但往往工藝復雜,難以應用于工業(yè)化生產(chǎn)。所以尋找合

3、適的合成技術及方法來合成性能優(yōu)良鈦酸鋰材料是目前研究的熱點、難點之一。
　　略
　　具體研究內(nèi)容如下:
　　1. PAM模板-微波輔助加熱技術合成Li4Ti5O12/C復合材料的研究
　　采用聚丙烯酰胺(PAM)模板技術結(jié)合微波輔助加熱的方式制備 Li4Ti5O12/C復合材料。以PAM為模板劑和碳源,系統(tǒng)研究不同模板劑用量、煅燒溫度、反應時間及氣氛對材料形貌、結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響規(guī)律,優(yōu)化出最佳的合成條件。實

4、驗結(jié)果表明,當模板劑的用量為8％,氮氣氣氛下750℃煅燒6小時,制備出的鈦酸鋰材料具有較好的綜合性能。該材料為尖晶石結(jié)構(gòu),顆粒為類球形,粒徑分布較窄,具有較高的首次充放電比容量和較好的循環(huán)性能,0.2 C倍率1.0-2.5V電壓范圍內(nèi)首次充電容量達165.8mAh/g。交流阻抗測試結(jié)果表明,Li4Ti5O12/C復合材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻減小,降低了材料充放電過程中的極化現(xiàn)象,改善了材料的倍率充放電性能。最后,結(jié)合傅里葉紅外等測試結(jié)果,研究

5、了軟模板技術改善材料形貌和電化學性能的作用機理。
　　2. PAM模板-微波輔助加熱技術合成鋁摻雜Li4Ti5O12/C復合材料的研究
　　以硝酸鋁為摻雜劑,對 Li4Ti5O12/C復合材料進行體相摻雜改性,系統(tǒng)研究了不同Al摻雜量時材料結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明,摻雜后Li4Ti5-xAlxO12/C(0≤x≤0.1)材料仍為尖晶石結(jié)構(gòu),未出現(xiàn)雜相的衍射峰,隨著 Al摻雜量的增加,Li4Ti5-xAlxO12/C材料

6、晶胞體積逐漸減小。Al摻雜量為0.05時,Li4Ti4.95Al0.05O12/C材料具有最好的綜合電化學性能,材料的比容量略有降低,0.2 C倍率1.0-2.5V電壓范圍內(nèi)首次充電比容量159.2mAh/g,其循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能明顯改善,5 C倍率充電比容量達138.8 mAh/g,比摻雜前Li4Ti5O12/C復合材料提高3.8%。
　　略
　　5. Li4Ti5O12/C材料的中試放大
　　綜合小試實驗結(jié)果,進