本文關(guān)鍵詞：鈦酸鋰負(fù)極材料的制備、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 負(fù)極材料 鈦酸鋰 密度泛函理論 改性研究

【摘要】：鋰離子二次電池具有較高的能量密度,使其成為最有前景的動(dòng)力電池,并應(yīng)用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車及其他便攜式儲(chǔ)能設(shè)備。對(duì)于鋰離子電池的發(fā)展,提高負(fù)極材料的安全性和電化學(xué)性能成為了重要的挑戰(zhàn)。Li_4Ti_5O_(12)具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、適中的電勢(shì)(1.5V vs.Li/Li+)以及出色的循環(huán)性能,被認(rèn)為是最具有希望替代商業(yè)石墨負(fù)極的材料。然而Li_4Ti_5O_(12)本身同時(shí)也具有明顯的缺點(diǎn),它的導(dǎo)電性比較差(10-13 S·cm-1),這就制約了鈦酸鋰在大倍率下的性能。本文依據(jù)第一性原理的計(jì)算,對(duì)尖晶石Li_4Ti_5O_(12)的熱力學(xué)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、嵌鋰動(dòng)力學(xué)以及表面形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。同時(shí)實(shí)驗(yàn)方面分別采用了固相法和溶劑熱法合成了純相的Li_4Ti_5O_(12),并且研究了合成條件對(duì)產(chǎn)物的影響。固相法中以B-Ti O2的前驅(qū)體為Ti源的樣品LTO-S-4棒狀Li_4Ti_5O_(12)的倍率性能相對(duì)最高,10C下充放電比容量能夠達(dá)到189.1mAh·g-1。溶劑熱法中以乙醇為溶劑的樣品LTO-L-1的性能相對(duì)最好,0.5C下的循環(huán)比容量達(dá)到220mAh·g-1。對(duì)NaLiTi_3O_7和Li_4Ti_5O_(12)的鋰離子遷移勢(shì)壘和擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算,表明NaLiTi_3O_7可以為Li_4Ti_5O_(12)提供鋰離子的高速通道并優(yōu)化Li_4Ti_5O_(12)的晶體結(jié)構(gòu),從而提高電化學(xué)性能。采用溶劑熱法成功的合成出Li_4Ti_5O_(12)-NaLiTi_3O_7復(fù)合材料,相比純相Li_4Ti_5O_(12),Li_4Ti_5O_(12)-NaLiTi_3O_7復(fù)合材料的電化學(xué)性能有了顯著的提高。在10C的大倍率下,復(fù)合材料的比容量可以達(dá)到218mAh·g-1,相對(duì)于0.5C時(shí)272mAh·g-1的比容量,容量保持率80%以上。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 鈦酸鋰 密度泛函理論 改性研究
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ131.11;TM912
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 鋰離子電池概述11-15
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展11-12
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理12-13
• 1.2.3 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)13-15
• 1.3 鋰離子電池的負(fù)極材料15-18
• 1.3.1 碳負(fù)極材料15-16
• 1.3.2 金屬氧化物負(fù)極材料16
• 1.3.3 Si基化合物負(fù)極材料16-17
• 1.3.4 Sn基化合物負(fù)極材料17
• 1.3.5 Ti基化合物負(fù)極材料17-18
• 1.4 Li_4Ti_5O_(12)的研究進(jìn)展18-25
• 1.4.1 Li_4Ti_5O_(12)的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機(jī)理18-20
• 1.4.2 Li_4Ti_5O_(12)的的制備方法20-22
• 1.4.3 Li_4Ti_5O_(12)的改性研究22-25
• 1.5 課題的選題依據(jù)及目的意義25-27
• 第2章 理論計(jì)算方法及實(shí)驗(yàn)材料與表征27-35
• 2.1 理論計(jì)算方法27-31
• 2.1.1 計(jì)算軟件應(yīng)用27
• 2.1.2 計(jì)算參數(shù)設(shè)置27-29
• 2.1.3 熱力學(xué)穩(wěn)定性29-30
• 2.1.4 表面熱力學(xué)穩(wěn)定性30-31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料與表征方法31-34
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑31-32
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器32
• 2.2.3 材料的表征方法32-34
• 2.2.4 電化學(xué)測(cè)試技術(shù)34
• 2.3 電池的組裝34-35
• 第3章 鈦酸鋰的電子結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性質(zhì)的理論研究35-58
• 3.1 理論模型35-37
• 3.2 Li_4Ti_5O_(12)的電子結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)穩(wěn)定性37-46
• 3.2.1 熱力學(xué)穩(wěn)定性37-43
• 3.2.2 Li_4Ti_5O_(12)的電子結(jié)構(gòu)43-46
• 3.3 表面熱力學(xué)穩(wěn)定性46-54
• 3.4 Li_4Ti_5O_(12)-NaLiTi_3O_7鋰離子遷移動(dòng)力學(xué)54-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第4章 Li_4Ti_5O_(12)的合成及其電化學(xué)性能研究58-74
• 4.1 引言58
• 4.2 固相法合成Li_4Ti_5O_(12)58-67
• 4.2.1 合成方法58-60
• 4.2.2 樣品的結(jié)構(gòu)與形貌分析60-62
• 4.2.3 Li_4Ti_5O_(12)的電化學(xué)測(cè)試分析62-67
• 4.3 溶劑熱法合成Li_4Ti_5O_(12)67-73
• 4.3.1 合成方法67
• 4.3.2 樣品的結(jié)構(gòu)與形貌分析67-69
• 4.3.3 Li_4Ti_5O_(12)的電化學(xué)測(cè)試分析69-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 第5章 Li_4Ti_5O_(12)-NaLiTi_3O_7復(fù)合材料的合成及改性研究74-82
• 5.1 引言74
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分74-75
• 5.3 材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征75-78
• 5.3.1 XRD分析75
• 5.3.2 電鏡分析75-77
• 5.3.3 Raman分析77
• 5.3.4 元素分析77-78
• 5.4 材料的電化學(xué)測(cè)試分析78-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-92
• 致謝92-93
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

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本文編號(hào)：580076