K和Fe等元素?fù)诫s鈦酸鋰(Li4Ti5O12)的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、目前鋰離子電池大多都采用碳材料作為其負(fù)極材料。但是碳的電極電位與金屬鋰的電位極其接近，當(dāng)電池出現(xiàn)過充時(shí)，碳材料的表面極易析出鋰枝晶，從而引起短路等安全問題。尖晶石Li4Ti5O12在充放電過程中結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，可以有效避免枝晶的產(chǎn)生以及呈現(xiàn)出較優(yōu)異的循環(huán)性能。然而，有研究顯示，較低的電子以及鋰離子電導(dǎo)率最終嚴(yán)重影響了鈦酸鋰的工業(yè)化應(yīng)用。本論文對(duì)鈦酸鋰的制備以及電化學(xué)性能的改進(jìn)進(jìn)行了一系列的研究。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下:
　　(1)采用三種不同

2、的鋰源分別合成了三種不同的鈦酸鋰負(fù)極材料，并通過電池充放電測(cè)試、CV和EIS測(cè)試對(duì)比三種材料的性能，我們發(fā)現(xiàn)采用氫氧化鋰為鋰源合成的鈦酸鋰材料的循環(huán)伏安曲線擁有較大的還原峰面積，具有良好的放電能力。
　　(2)我們首次利用鐵氰化鉀作為摻雜劑，通過溶膠凝膠輔助高溫固相法，完成了K和Fe共同摻雜的鈦酸鋰負(fù)極材料的制備。我們深入地研究了Fe與Ti的原子比對(duì)所合成產(chǎn)物性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，摻雜適量的K和Fe有利于提高鈦酸鋰的電化學(xué)性能，且

3、當(dāng)Fe與Ti原子比為0.5％∶1時(shí)，所制備的材料表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，此樣品在0.2C倍率下，循環(huán)了20個(gè)周期之后，放電比容量仍能保持在168 mAhg-1，這明顯高于用相同方法制備的純鈦酸鋰的放電比容量（83.5 mAhg-1）。
　　(3)采用溶膠凝膠法輔助高溫固相法，首次嘗試將堿煮石墨烯作為摻雜劑，制備出鈦酸鋰負(fù)極材料。我們研究了不同堿煮石墨烯含量對(duì)鈦酸鋰負(fù)極材料性能的影響，并找出了能夠使鈦酸鋰發(fā)揮最優(yōu)性能的堿煮石墨烯的最

4、佳摻雜量。我們發(fā)現(xiàn)在0.2C放電倍率下，進(jìn)行了充放電循環(huán)了20個(gè)周期之后，電池的放電比容量仍然保持在166 mAhg-1左右，容量保持率高達(dá)98.8％。
　　(4)采用溶膠凝膠法輔助高溫固相法，首次通過添加相同量的不同鉛源制備出鈦酸鋰負(fù)極材料，研究了不同鉛源以及不同鉛的摻雜量對(duì)鈦酸鋰負(fù)極材料性能的影響。SEM、CV、XRD以及一系列的充放電測(cè)試表明，隨著鉛含量的增加，產(chǎn)物呈現(xiàn)出了不同的晶體結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)Ti和Pb的化學(xué)計(jì)量比為1∶