锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备与改性研究

论文摘要

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12具有较高的理论比容量（170mAh/g）,优良的结构稳定性,且其价格低廉,对环友好,是目前普遍认为最有前景的碳负极替代材料。本文采用固相法制备Li4Ti5O12,讨论了各个反应因素对材料物理性质和电化学性能的影响规律,并得出最佳制备工艺。针对Li4Ti5O12导电性差的缺陷,本文采用碳掺杂的方式对其进行改性研究以提高其电化学性能。利用热分析、XRD、SEM以及充放电测试等手段对材料进行了结构表征和电化学性能测试。实验结果表明,纯Li4Ti5O12及其改性材料均为单一的尖晶石型晶体结构,改性后材料的电性能有了一定改善,掺杂5%葡萄糖样品的可逆容量为146.4mAh/g,5次循环后容量保持率为99%,在以1C电流充放电时其可逆容量为128.8mAh/g,是0.5C时的88%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池的发展状况
• 1.3 锂离子电池的工作原理与性能特点
• 1.4 锂离子电池的电极材料
• 1.4.1 正极材料
• 1.4.2 负极材料
• 1.4.2.1 碳基材料
• 1.4.2.2 锡基材料
• 1.4.2.3 硅基材料
• 4Ti₅O₁₂ 的研究进展'>1.5 负极材料 Li₄Ti₅O₁₂的研究进展
• 4Ti₅O₁₂ 的结构与电化学性能'>1.5.1 Li₄Ti₅O₁₂的结构与电化学性能
• 4Ti₅O₁₂ 的制备方法'>1.5.2 Li₄Ti₅O₁₂的制备方法
• 4Ti₅O₁₂ 的掺碳改性'>1.5.3 Li₄Ti₅O₁₂的掺碳改性
• 4Ti₅O₁₂ 在电化学器件中的应用'>1.5.4 Li₄Ti₅O₁₂在电化学器件中的应用
• 1.6 实验目的及意义
• 2 实验
• 2.1 原料和设备
• 2.2 实验设备
• 2.3 样品制备
• 4Ti₅O₁₂ 的合成'>2.3.1 Li₄Ti₅O₁₂的合成
• 4Ti₅O₁₂ 改性样品的合成'>2.3.2 Li₄Ti₅O₁₂改性样品的合成
• 2.4 样品的测试与表征
• 2.4.1 残碳量的检测
• 2.4.2 X-射线衍射
• 2.4.3 扫描电子显微镜
• 2.4.4 激光粒度测试
• 2.4.5 热分析测试
• 2.5 电性能测试
• 2.5.1 电极的制备
• 2.5.2 对电极
• 2.5.3 隔膜
• 2.5.4 电解液
• 2.5.5 电池的组装
• 3 结果与讨论
• 3.1 球磨工艺对粒度的影响
• 3.2 L i / Ti 原子比对材料结构的影响
• 3.3 合成温度对材料的影响
• 3.3.1 前躯体的热重-差热分析
• 3.3.2 对结构的影响
• 3.3.3 对形貌的影响
• 3.3.4 对电性能的影响
• 3.4 保温时间对材料的影响
• 3.4.1 对结构的影响
• 3.4.2 对形貌的影响
• 3.4.3 对电性能的影响
• 3.4.4 小结
• 3.5 掺碳量对材料的影响
• 3.5.1 对结构的影响
• 3.5.2 对形貌的影响
• 3.5.3 对电性能影响
• 3.5.4 小结
• 3.6 碳源种类对材料的影响
• 3.6.1 有机碳源对材料的影响
• 3.6.1.1 对结构的影响
• 3.6.1.2 对形貌的影响
• 3.6.1.3 对电性能的影响
• 3.6.1.4 小结
• 3.6.2 无机碳源对材料的影响
• 3.6.2.1 对结构的影响
• 3.6.2.2 对形貌的影响
• 3.6.2.3 对电性能的影响
• 3.6.2.4 小结
• 3.6.3 复合碳源对材料的影响
• 3.6.3.1 对结构和形貌的影响
• 3.6.3.2 对电性能的影响
• 3.6.3.3 小结
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果