本文關(guān)鍵詞：鈦酸鋰基新型鋰電池負(fù)極材料的合成及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：尖晶石型Li4Ti5O12是一種具有超長循環(huán)壽命的材料,但是材料的本征電導(dǎo)率低導(dǎo)致其倍率性能較差。曾有報(bào)道通過Ni、Cr的取代改善材料的倍率性能,但是電子電導(dǎo)率低的問題仍然存在。本課題采用改性的高溫固相法合成Li3Ti4NiCrO12。通過探究球磨工藝、鋰過量以及燒結(jié)溫度,確定最佳的合成工藝。在還原氣氛下煅燒獲得具有Ni單質(zhì)改性的Li3Ti4NiCrO12負(fù)極材料(Ni/Li3Ti4NiCrO12)。金屬Ni的存在不僅改變了材料的生長習(xí)性而且減小了材料的顆粒尺寸,從而縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑,增加了材料的電子電導(dǎo)率。Ni/Li3Ti4NiCrOi2表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,在0.2C,材料的首次放電比容量為158.8%,達(dá)到理論比容量,80次循環(huán)后的容量保持率為97.2%。在最優(yōu)合成路線的基礎(chǔ)上,選取與Ni2+離子半徑相近、化學(xué)性質(zhì)相似的Co2+取代Li3Ti4NiCrO12中的Ni2+,合成Cox/Li3Ti4Co(1-x)CrO12 (0≤x≤0.15),探究x的值對材料電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)x=0.1時(shí),0.2C倍率下的首次放電比容量為158.3mAh/g,100次循環(huán)后,容量保持率為96.4%。適量金屬Co的存在使材料中的Ti4+轉(zhuǎn)化為Ti3+,同時(shí)形成氧空位,為鋰離子的擴(kuò)散提供更多的通道,提高材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù),從而改善材料的電化學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 納米球磨 金屬復(fù)合材料 氧空位
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.11;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Absratct6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 鋰離子電池的概況9-12
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展9-10
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)10
• 1.2.3 鋰離子電池的工作原理10-11
• 1.2.4 鋰離子電池的特點(diǎn)11-12
• 1.3 鋰離子電池正極材料12
• 1.4 鋰離子電池負(fù)極材料12-13
• 1.4.1 碳材料12-13
• 1.4.2 錫基材料13
• 1.4.3 硅基材料13
• 1.5 鋰離子電池負(fù)極材料Li_4Ti_5O_(12)的研究13-17
• 1.5.1 尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能14-15
• 1.5.2 Li_4Ti_5O_(12)材料的合成方法15-16
• 1.5.3 Li_4Ti_5O_(12)材料的改性研究16-17
• 1.6 論文的研究內(nèi)容、創(chuàng)新點(diǎn)與意義17-19
• 1.6.1 論文的研究內(nèi)容17
• 1.6.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 1.6.3 課題的研究意義18-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原料、實(shí)驗(yàn)儀器及其表征方法19-23
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器19-20
• 2.2.1 負(fù)極材料的制備20
• 2.2.2 測試電池的組裝20
• 2.3 材料的結(jié)構(gòu)表征方法20-21
• 2.3.1 X射線衍射分析(XRD)20-21
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM)21
• 2.3.3 X射線能譜分析法(EDX)21
• 2.3.4 X射線光電子能譜分析(XPS)21
• 2.3.5 電子順磁共振分析(EPR)21
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測試21-23
• 2.4.1 充放電性能測試21
• 2.4.2 粉末電阻率測試21
• 2.4.3 循環(huán)伏安測試(Cyclic Voltammetry,CV)21-22
• 2.4.4 電化學(xué)阻抗測試(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)22-23
• 第三章 負(fù)極材料Li_3Ti_4NiCrO_(12)的合成工藝研究23-29
• 3.1 引言23
• 3.2 球磨工藝參數(shù)的探究23-24
• 3.3 鋰過量對材料物相的影響24-25
• 3.4 煅燒溫度的探究25-27
• 3.4.1 煅燒溫度對材料物相的影響25-26
• 3.4.2 煅燒溫度對材料電化學(xué)性能的影響26-27
• 3.5 本章小結(jié)27-29
• 第四章 Ni/Li_3Ti_4NiCrO_(12)的合成及電化學(xué)性能研究29-35
• 4.1 引言29
• 4.2 Ni/Li_3Ti_4NiCrO_(12)負(fù)極材料的制備29
• 4.3 結(jié)果與討論29-34
• 4.3.1 Ni單質(zhì)的存在對材料結(jié)構(gòu)影響29-30
• 4.3.2 Ni單質(zhì)的存在對材料形貌的影響30-31
• 4.3.3 Ni單質(zhì)的存在對材料電化學(xué)性能的影響31-34
• 4.4 本章小結(jié)34-35
• 第五章 Co/Li_3Ti_4CoCrO_(12)的合成及電化學(xué)性能研究35-46
• 5.1 引言35
• 5.2 Co/Li_3Ti_4CoCrO_(12)材料的制備35-36
• 5.2.1 前驅(qū)體的制備35
• 5.2.2 材料燒結(jié)過程35-36
• 5.3 結(jié)果與討論36-44
• 5.3.1 材料的晶體結(jié)構(gòu)分析36-38
• 5.3.2 材料的形貌分析38-39
• 5.3.3 材料的元素分布鑒定39
• 5.3.4 材料的缺陷分析39-41
• 5.3.5 材料的電化學(xué)性能分析41-44
• 5.4 本章小結(jié)44-46
• 第六章 結(jié)論與展望46-48
• 6.1 結(jié)論46
• 6.2 展望46-48
• 參考文獻(xiàn)48-55
• 致謝55-56
• 攻讀學(xué)位期間所開展的科研項(xiàng)目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文56

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本文編號：916810