本文關(guān)鍵詞：高比容量鋰離子電池用鈦酸鋰負(fù)極材料的制備研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨是商用鋰離子電池負(fù)極的主要材料,其理論容量為372mAh/g。由于該類材料循環(huán)穩(wěn)定性較差、能量密度較低,不能滿足人們對(duì)大比容量?jī)?chǔ)能設(shè)備的要求;而且在高倍率和過充情況下形成的鋰枝晶容易刺破隔膜,造成電池短路而發(fā)生爆炸,存在較大的安全隱患。因此開發(fā)出安全性高、能量密度大、倍率性能好、循環(huán)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)的鋰離子電池是非常必要的。尖晶石型鈦酸鋰被稱為“零應(yīng)變”材料,并且具有非常平穩(wěn)的充放電平臺(tái),被認(rèn)為是一種理想的負(fù)極材料;硅具有非常高的理論比容量,是取代石墨作為大容量負(fù)極材料的理想替代材料之一。為提高材料的電化學(xué)性能,本文以納米化與復(fù)合材料新型結(jié)構(gòu)復(fù)合為出發(fā)點(diǎn),系統(tǒng)的研究水熱法合成納米鈦酸鋰的影響因素,并采用化學(xué)氣相沉積法制備硅碳復(fù)合納米管陣列。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)靜態(tài)水熱法合成鈦酸鋰納米顆粒及其性能表征。結(jié)果表明,鈦鋰源比例、pH、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、煅燒溫度等因素對(duì)鈦酸鋰的合成有影響作用。其中,煅燒溫度對(duì)鈦酸鋰的合成影響作用最大。在800oC熱處理后得到的鈦酸鋰粒徑均一、結(jié)晶度高、純度高;經(jīng)過100次循環(huán)后庫倫效率幾乎為100%,每次容量衰減率小于0.35%,具有較好的容量保持率。通過對(duì)粒徑的控制與分析,該方法合成鈦酸鋰的機(jī)理是原位置換反應(yīng)。(2)動(dòng)態(tài)水熱法合成鈦酸鋰納米管。在靜態(tài)水熱法的基礎(chǔ)上,加入磁攪拌驅(qū)動(dòng)力,來合成大比表面積長(zhǎng)鈦酸鋰納米管。該材料具有較高的電化學(xué)反應(yīng)活性,在0.5C電流密度下,首次放電比容量達(dá)到173.1 mAh/g;在5C電流密度時(shí)容量仍保持為135 mAh/g,具有較好的倍率性能;經(jīng)過100個(gè)循環(huán)后容量仍為166.8mAh/g,庫倫效率在10個(gè)循環(huán)后保持穩(wěn)定并接近100%。(3)采用化學(xué)氣相沉積法合成硅碳納米管并與鈦酸鋰復(fù)合。以陽極氧化鋁為模板,化學(xué)氣相沉積法合成硅碳復(fù)合納米管陣列,通過調(diào)控硅碳源比例,調(diào)節(jié)管徑和壁厚可控的納米管陣列。復(fù)合納米管外側(cè)碳傳輸電荷,內(nèi)側(cè)的空隙緩沖硅體積膨脹,提高電池的循環(huán)性能和穩(wěn)定性。在0.5C時(shí)首放比容量為1700mAh/g,達(dá)到理論比容量,50次循環(huán)后比容量仍保持在1300mAh/g以上。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 鈦酸鋰 高比容量 硅碳材料 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：青海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰離子電池研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 鋰離子電池的研究進(jìn)展10-11
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理11-12
• 1.3 鋰離子電池電極材料12-20
• 1.3.1 碳類材料13-15
• 1.3.2 鈦酸鋰15-16
• 1.3.3 過渡金屬氧化物材料16
• 1.3.4 氮化物材料16
• 1.3.5 合金類材料16-20
• 1.4 鈦酸鋰的制備方法20-22
• 1.4.1 高溫固相合成20
• 1.4.2 微波輔助20
• 1.4.3 溶膠-凝膠20-21
• 1.4.4 水熱溶劑熱合成21-22
• 1.4.5 其他合成方法22
• 1.5 本論文選題依據(jù)與研究?jī)?nèi)容22-24
• 1.5.1 論文選題依據(jù)22-23
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容23-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)原料、儀器及表征方法24-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器25
• 2.3 表征方法及測(cè)試設(shè)備25-29
• 2.3.1 X射線衍射晶體結(jié)構(gòu)分析（XRD）25-26
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）26
• 2.3.3 透射電子顯微鏡（TEM）26
• 2.3.4 比表面積測(cè)試（BET）26-27
• 2.3.5 恒電流充放電27
• 2.3.6 交流阻抗譜（EIS）27-29
• 第3章 靜態(tài)水熱法合成鈦酸鋰納米顆粒及其電化學(xué)性能研究29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 靜止水熱法合成鈦酸鋰的方法29-30
• 3.3 納米鈦酸鋰的物理表征30-33
• 3.3.1 納米鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)分析30-32
• 3.3.2 納米鈦酸鋰的形貌分析32-33
• 3.4 鈦酸鋰電極材料的電化學(xué)性能研究33-36
• 3.4.1 循環(huán)性能測(cè)試34-35
• 3.4.2 倍率性能測(cè)試35-36
• 3.4.3 阻抗分析36
• 3.5 小結(jié)36-37
• 第4章 磁驅(qū)動(dòng)攪拌動(dòng)態(tài)合成大比表面積鈦酸鋰及其電化學(xué)性能研究37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)合成鈦酸鋰方法37-38
• 4.3 納米鈦酸鋰的物理表征38-42
• 4.3.1 納米鈦酸鋰的形貌與組成分析38-39
• 4.3.2 納米鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)分析39-41
• 4.3.3 納米鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)分析41-42
• 4.4 鈦酸鋰電極材料的電化學(xué)性能研究42-45
• 4.4.1 循環(huán)性能測(cè)試42-44
• 4.4.2 倍率性能測(cè)試44
• 4.4.3 阻抗分析44-45
• 4.5 小結(jié)45-47
• 第5章 碳-硅-碳納米管陣列的制備及其電化學(xué)性能研究47-51
• 5.1 引言47-48
• 5.2 碳-硅-碳納米管的制備方法48
• 5.3 碳-硅-碳納米管的表征48-49
• 5.4 碳-硅-碳納米管的電化學(xué)性能研究49-50
• 5.4.1 循環(huán)性能測(cè)試49-50
• 5.4.2 倍率性能測(cè)試50
• 5.5 小結(jié)50-51
• 第6章 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-60
• 致謝60-61
• 作者簡(jiǎn)介61

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