本文關(guān)鍵詞：鈦酸鋰復(fù)合材料制備及其電化學(xué)性能研究

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【摘要】：隨著化石能源帶來的環(huán)境污染等問題,以鋰離子電池為代表的清潔能源成為重要研究方向,并逐漸應(yīng)用于電動汽車、混合動力汽車等領(lǐng)域�！傲銘�(yīng)變”材料尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5012)具有安全性高、充放電性能好、循環(huán)性能優(yōu)良、充放電電壓平臺穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),但較低理論電容量(175mAh/g)和電導(dǎo)率(10-13 Scm-1)限制其商業(yè)發(fā)展。因此本文通過制備Li4Ti5012/TiO2納米復(fù)合材料,石墨烯(RGO)摻雜改性Li4Ti5O12以及石墨烯與乙炔黑復(fù)合導(dǎo)電劑來提高其電子導(dǎo)率以及鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。采用水熱法在130℃下反應(yīng)24h制備前驅(qū)體,探究不同煅燒溫度和時間下Ti02的形成對Li4Ti5O12形貌及電學(xué)性能的影響。創(chuàng)新性的采取分步煅燒法,分別在400及500℃煅燒5h,Li：Ti比為4：5。通過SEM可知為結(jié)晶度良好、粒徑分布均勻、納米片結(jié)構(gòu),片層厚度均為20nm左右,鋰離子擴(kuò)散速率為7.27*10-14。該復(fù)合材料在0.1C首次放電比容量達(dá)到189.5 mAh/g,在50C比容量達(dá)到123.0 mAAh/g,循環(huán)50圈后放電比容量為120.0 mAh/g,電容量保持率為98.6%,體現(xiàn)了良好的循環(huán)性能和倍率性能。采取原位合成Li4Ti5O12/RGO,RGO并未改變Li4Ti5O12片狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中,材料表面光滑、片層厚度為15nm。當(dāng)RGO質(zhì)量比為5%表現(xiàn)出最佳宏觀電學(xué)性能,0.1C、40C下放電容量分別為243.0mAh/g.125.4mAh/g。40C循環(huán)200圈后電容量為100.2mAh/g,保持率為80.0%。探討了石墨烯與乙炔黑復(fù)合導(dǎo)電劑對商品鈦酸鋰負(fù)極材料和磷酸鐵鋰正極材料電極性能的影響。結(jié)果表明小電流充放電時,石墨烯的引入對放電比容量沒有太大影響,隨著放電電流密度的增大,石墨烯含量為1%時表現(xiàn)出最好電學(xué)性能。負(fù)極材料在1C、5C下,Li4Ti5O12放電量分別在120.0mAh/g.64.8mAh/g,分別是0.1C下的80.0%、43.2%。
【關(guān)鍵詞】：水熱法 鈦酸鋰 二氧化鈦 石墨烯 導(dǎo)電劑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM912
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子電池簡介11-14
• 1.2.1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)和工作原理11-12
• 1.2.2 鋰離子電池優(yōu)缺點(diǎn)12-13
• 1.2.3 鋰離子電池正極材料13
• 1.2.4 鋰離子電池負(fù)極材料13-14
• 1.3 LI_4TI_5O_(12)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 制備納米材料14-15
• 1.3.2 離子摻雜15-16
• 1.3.3 表面包覆16-17
• 1.4 導(dǎo)電劑研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本課題研究意義18
• 1.6 本課題研究內(nèi)容18-19
• 2 實(shí)驗部分19-23
• 2.1 實(shí)驗藥品及儀器19-20
• 2.2 電池的組裝20
• 2.2.1 極片的制備20
• 2.2.2 扣式電池的組裝20
• 2.3 結(jié)構(gòu)表征手段20-21
• 2.3.1 X射線衍射分析20-21
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)分析21
• 2.3.3 高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)分析21
• 2.4 電學(xué)性能測試21-23
• 2.4.1 充放電循環(huán)測試21
• 2.4.2 循環(huán)伏安測試(CV)21-22
• 2.4.3 交流阻抗譜測試(EIS)22-23
• 3 鈦酸鋰/二氧化鈦復(fù)合材料制備及電化學(xué)性能的研究23-38
• 3.1 引言23
• 3.2 實(shí)驗方案23-24
• 3.3 煅燒條件的影響24-34
• 3.3.1 煅燒溫度的影響24-32
• 3.3.2 煅燒時間的影響32-34
• 3.4 鋰鈦比例的影響34-36
• 3.4.1 電化學(xué)測試分析34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-38
• 4 原位合成鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合材料及電化學(xué)性能研究38-51
• 4.1 引言38
• 4.2 實(shí)驗方案38-39
• 4.3 石墨烯最佳摻雜比例39-46
• 4.3.1 表征39-41
• 4.3.2 電學(xué)性能測試41-46
• 4.4 不同形態(tài)碳的影響46-49
• 4.4.1 表征47
• 4.4.2 電學(xué)性能分析47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 5 復(fù)合導(dǎo)電劑對電極材料電化學(xué)性能影響51-56
• 5.1 引言51
• 5.2 實(shí)驗方案51
• 5.3 負(fù)極導(dǎo)電劑配比的確定51-55
• 5.3.1 負(fù)極材料LTO復(fù)合導(dǎo)電劑比例的確定52-54
• 5.3.2 正極材料磷酸鐵鋰導(dǎo)電劑比例的確定54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 6 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-60
• 作者簡歷及攻讀碩士期間取得的研究成果60-62
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集62

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：650379