新型锂离子电池负极材料的制备与电化学性能的研究

论文摘要

煤炭、石油等化石能源的过度开发不仅导致储量的日益枯竭,还造成温室效应、生态环境的严重破坏,今年墨西哥海湾漏油事件更是引起了社会对清洁能源的极大关注。如果以电池代替化石能源,将大幅度减少温室气体排放,降低我国对石油进口的依赖,具有重大的经济和战略意义。与其他二次电池相比,锂离子电池具有单体电压高、比能量大、循环寿命长、对环境友好等突出优点,最有希望用于大功率动力电池。然而,现有的商业化碳负极材料已达到了性能的极限,不能满足大功率动力电池的要求,寻找安全性能更好、比容量更高、循环寿命更长的新型负极材料,已经成为锂离子电池研究的热点和焦点。锐钛矿型TiO2具有良好的循环性能和安全性能,耐过充性能好等优点成为锂离子动力电池负极材料的理想选择之一。本文采用低温水热法制备锐钛矿TiO2,研究了水热反应参数（水热反应温度、时间、反应物浓度）对产物形貌的影响。研究发现,当TiOSO4,甘油,无水乙醇,乙醚的体积比为1:16:40:11,反应温度控制在105℃-120℃范围时,将得到大小均匀,分散性好的球形/核壳状TiO2;通过控制不同的反应时间,我们发现核壳状TiO2的合成分为内层晶核的形成和外层晶片的生长两个阶段。本文将水热反应得到的大小均匀、分散性好的核壳状TiO2在真空700℃条件下进行焙烧实验,经XRD、TEM及元素分析仪分析后可知,得到产物为纯相锐钛矿型TiO2,碳元素含量约为18.35%,TEM照片显示产物为多晶。本文进一步将该富碳核壳状锐钛矿TiO2组装成扣式电池测量其电化学性能。试验中我们发现,核壳状锐钛矿TiO2具有较大的首周放电容量和较好的循环性能,但是仍有较大的首次放电不可逆容量,其循环性能也有待进一步提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池的工作原理及应用
• 1.2.1 几种常用二次电池的性能比较
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理
• 1.2.3 锂离子电池的类型及应用领域
• 1.3 锂离子电池负极材料的研究进展
• 1.3.1 碳类材料
• 2'>1.3.2 新型锂离子电池负极材料Ti0₂
• 1.3.3 其他新型负极材料
• 1.4 正极材料的研究进展
• 1.5 锂离子电池电解液和电解质
• 1.6 本论文研究的目的及主要内容
• 1.7 参考文献
• 第二章 实验设备及实验方案
• 2.1 引言
• 2.2 实验所需试剂及实验设备
• 2.2.1 实验所需试剂及仪器
• 2.2.2 实验所需性能测试仪器及型号
• 2.3 实验技术方案
• 2的水热合成'>2.3.1 核壳状Ti0₂的水热合成
• 2.3.2 水热反应产物有机物的去除
• 2.3.3 真空退火产物碳含量的测定
• 2.4 参考文献
• 2的研究'>第三章 水热法合成核壳状Ti0₂的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果及讨论
• 2形貌的影响'>3.2.1 水热反应参数对核壳状Ti0₂形貌的影响
• 2形貌的影响'>3.2.1.1 不同反应温度对Ti0₂形貌的影响
• 2形貌的影响'>3.2.1.2 不同反应时间对Ti0₂形貌的影响
• 3.2.1.3 不同搅拌速度对形貌的影响
• 3.2.2 水热反应产物有机物的去除
• 3.2.2.1 真空条件下不同温度焙烧实验
• 3.2.2.2 大气条件下不同温度焙烧实验
• 3.2.3 焙烧产物碳含量的测量
• 2的TEM 分析'>3.3 不同形貌Ti0₂的TEM 分析
• 2的TEM 分析'>3.3.1 球形Ti0₂的TEM 分析
• 2的TEM 分析'>3.3.2 核壳状Ti0₂的TEM 分析
• 2 的TEM 分析'>3.3.3 片状Ti0₂ 的TEM 分析
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 2用作锂离子电池负极电化学性能的研究'>第四章 核壳状Ti0₂用作锂离子电池负极电化学性能的研究
• 4.1 引言
• 2用作锂离子电池负极电化学性能的研究'>4.2 Ti0₂用作锂离子电池负极电化学性能的研究
• 4.2.1 实验电池的组装
• 4.2.2 充放电测试
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 电压-比容量曲线
• 4.3.2 比容量-循环次数曲线
• 4.4 本章总结
• 4.5 参考文献
• 第五章 全文总结和研究展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文