尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂具有充放電平臺位高,安全性能好,充放電過程體積無變化等一系列優(yōu)點,成為新的鋰離子電池負極材料。實驗采用不同方法合成Li₄Ti₅O₁₂,從制備工藝、形貌改性、結(jié)構(gòu)特征、電化學(xué)性能、反應(yīng)機理等方面對尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂進行了深入的研究。采用溶膠凝膠法,以檸檬酸為配位劑,鈦酸四丁酯,乙酸鋰和碳酸鋰為原料,于700⁹00℃保溫不同時間合成Li₄Ti₅O₁₂粉體。研究表明,隨著煅燒溫度和保溫時間的增加,純度和比表面積也在逐漸增加。在900℃煅燒8 h得到純相Li₄Ti₅O₁₂,其在0.1 C的充放電性能測試中,首次放電比容量為223 m Ah/g,經(jīng)過50次循環(huán)后,放電比容量為217 m Ah/g,保持率為97.3%。... 

【文章來源】：華北理工大學(xué)河北省

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的主要材料Fig.1Themainmaterialoflithiumionbattery

華北理工大學(xué)碩士學(xué)位論文-4-圖2鋰離子電池工作原理Fig.2workingprincipleoflithiumionbattery1.4鋰離子電池的正極材料任何電池都有正負極，正負極是不可缺失的，不僅如此，電池能否正常工作對電池的正極要求很高[28]。所以，鋰離子電池的正極材料，要具備以下的要求：1）具有能進行高電壓輸出的高氧化還原電位。2）需要有極好的導(dǎo)電性來滿足電池的快速充放電。3）化學(xué)性能必須穩(wěn)定，在充放電時正極材料不能與電解液發(fā)生反應(yīng)。4）正極材料要經(jīng)濟無污染。目前最常用的鋰離子電池正極材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4和LiFePO4等。1.4.1LiCoO2正極材料LiCoO2的可逆容量為140mAh/g，嵌鋰電位為3.7V，電壓平臺平穩(wěn)，充放電時，LiCoO2的循環(huán)穩(wěn)定性很好，在制備時易于合成[29]。因此，LiCoO2最早被應(yīng)用到鋰離子電池正極中，優(yōu)先占據(jù)了市常盡管LiCoO2具有很多優(yōu)點，比其他正極材料更好，但是LiCoO2的理論比容量偏小，且地球中鈷含量較少，鈷資源是十分匱乏的，所以鈷的價格比較昂貴。此外LiCoO2正極材料有毒性、易于污染環(huán)境，對人體不安全。所以，當前學(xué)者尋找替換LiCoO2正極材料刻不容緩。1.4.2LiNiO2正極材料

華北理工大學(xué)碩士學(xué)位論文-18-Li4Ti5O12的晶粒生成速率過慢，晶型不易形成，且會有TiO2雜質(zhì)殘留；溫度過高，會造成大量鋰源揮發(fā)，導(dǎo)致不必要的損失；此外，高溫會導(dǎo)致產(chǎn)物團聚嚴重或生成其他類型鈦酸鋰[85]，影響產(chǎn)物的電化學(xué)性能。因此，溶膠-凝膠法煅燒溫度的選擇極為重要。實驗中，以檸檬酸為配位劑，考察不同煅燒溫度（700℃、800℃、900℃）制備的Li4Ti5O12的物相。圖3為不同煅燒溫度（700℃、800℃、900℃）制備的Li4Ti5O12的XRD衍射圖譜。由圖可知，700℃、800℃、900℃制備的樣品的衍射峰與Li4Ti5O12的標準圖譜基本吻合，說明制備的樣品是具備尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12。圖中樣品的Li4Ti5O12主衍射峰隨著煅燒溫度的增加而增強，峰型變得尖銳，樣品的結(jié)晶度在增加。700℃制備的樣品的各衍射峰尖銳，表明該條件下Li4Ti5O12已基本生成。但700℃和800℃有雜質(zhì)金紅石型TiO2和Li2TiO3的特征峰存在，隨著溫度的升高，TiO2和Li2TiO3的衍射峰在逐漸減弱，Li4Ti5O12的衍射峰逐漸增強，說明TiO2和Li2TiO3發(fā)生反應(yīng)，生成Li4Ti5O12。當煅燒溫度為900℃時，TiO2和Li2TiO3的衍射峰完全消失，無其他雜質(zhì)的衍射峰存在，說明900℃制備的樣品是單一物相的Li4Ti5O12。圖3不同煅燒溫度制備的Li4Ti5O12的XRD譜圖Fig.3TheXRDpatternsofLi4Ti5O12synthesizedatdifferenttemperatures為了比較不同煅燒溫度（700℃、800℃、900℃）制備的Li4Ti5O12樣品顆粒群的粒度分布情況，采用粒度分析儀測試樣品的比表面積和粒度分布，結(jié)果如表3所示。由表3可知，不同煅燒溫度制備的樣品顆粒均達到微米級，比表面積分別為：


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