锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备及改性研究
尖晶石 Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料具有电压平台高、结构稳定、循环性能好、安全性高等一系列优势。但 Li4Ti5O12自身存在着电子导电率低、锂离子扩散系数小，导致其高倍率性能差，阻碍了 Li4Ti5O12 的应用。本论文针对Li4Ti5O12存在的不足，对其进行纳米化、掺杂、包覆等改性研究，以期制备出倍率性能和循环性能良好的Li4Ti5O12负极材料。本文将从以下几个方面进行研究： 1.采用固相法合成 Li4Ti5O12，通过考察不同煅烧温度和煅烧方式等因素对材料的结构、表面形貌及电化学性能的影响。从而得出最佳的合成条件为，将原料Li2CO3和TiO2根据摩尔比n(Li):n(Ti)＝0.84:1.00称取，在500 ℃中预烧4 h，然后再到750 ℃下煅烧16 h，分两步煅烧合成出的材料电化学性能最佳。 2.以葡萄糖为碳源，采用原位复合法制备不同碳质量分数的锂离子电池复合负极材料 Li4Ti5O12-C，通过一系列的检测手段对制备出的材料进行了结构、形貌及电化学性能分析。结果表明，合成的 Li4Ti5O12-C 复合材料均无杂相，颗粒均匀，分散性较好。碳质量分数为3 %的复合材料具有最佳的电化学性能，在0.5 C下，其首次放电比容量为 185.9 mAh/g，循环 50 次后，放电比容量高达 161.5 mAh/g，在高倍率4.0 C下，其首次放电比容量仍为106.9 mAh/g。 3.在上述(1)最佳条件下，选用 Co3+、Cl-为掺杂元素，通过固相法制备出掺杂Li4Ti5-xCoxO12(x=0，0.05，0.1，0.3)和 Li4Ti5O12-yCly(y=0，0.05，0.1，0.3)。系统考察了合成产物的结构、形貌及其电化学性能。结果表明，掺杂后的样品均无杂质相存在，颗粒均匀，表面光滑。当钴掺杂量x=0.05时，Li4Ti4.95Co0.05O12电化学性能最优，在高倍率10.0 C下进行充放电，其放电比容量为104.1 mAh/g，比纯相Li4Ti5O12的放电比容量高出58 mAh/g。当氯掺杂量y=0.05时，Li4Ti5O11.95Cl0.05电化学性能最优，在高倍率10.0 C下进行充放电，其放电比容量为73.3 mAh/g，比纯相Li4Ti5O12的放电比容量高出27.1 mAh/g。 4.采用水热法合成了片状 Li4Ti5O12，考察了不同水热时间、不同煅烧温度对合成产物结构、形貌及电化学性能的影响。得出的最佳条件为：水热时间为 36 h，煅烧温度为 600 ℃。结果显示，在 0.5 C 下，其首次放电比容量为 182.9 mAh/g，电池循环50次后，放电比容量依然高达157.4 mAh/g，在高倍率10.0 C下进行充放电，其放电比容量为130.7 mAh/g。
锂离子电池;负极材料;钛酸锂;离子掺杂;电化学性能
吉首大学
硕士
应用化学
吴显明
2018
中文
TM912
2019-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）