锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的合成与改性研究

论文摘要

锂离子电池以其无污染、能量密度高、自放电小等优点,在移动电话、便携电子产品、混合动力设备等领域得到了广泛的应用。锂离子电池负极材料Li4Ti5O12是一种具有尖晶石结构的嵌入型电极材料,并因其高稳定性、快速充放电、高安全性等成为最有前景的新型锂离子电池负极材料。本文综述了锂离子电池的发展历史、结构与工作原理,简要介绍了锂离子电池材料,包括正极材料和负极材料,概述了负极材料Li4Ti5O12的材料特性、结构与嵌锂机制、优缺点、制备方法及应用。实验中采用Li2CO3、无定形TiO2在不同温度下烧结16h,得到Li4Ti5O12样品,通过TG-DSC、XRD、SEM分析得出烧结温度控制在800℃～900℃才能得到纯晶相Li4Ti5O12；对比分析采用Li2C03和LiN03在相同制度下得到的Li4Ti5O12样品,得出,Li2CO3是最合适的锂源。Li2CO3为锂源,锐钛矿型TiO2为钛源,设定不同的锂钛比,在不同温度下烧结16h,对所得样品进行电化学性能测试、XRD测试、SEM测试,通过分析得出,随着锂含量的增加,合成产物的电化学性能、晶体结构、表面形貌发生较大变化,当锂过量2%、烧结温度为875℃时得到的Li4Ti51l2样品性能最好。由于Li4Ti5O12材料的固有电导率低,可以通过改性来提高其电子电导性和离子传导性,以达到增强其性能的目的。实验中采用碳包覆和金属Mg2+掺杂两种方法对含锂量不同的Li4Ti5O12样品进行改性,并对产物进行电化学性能研究、品体结构表征和形貌表征。Li4Ti5O12/C样品的充放电性能随锂含量的增加发生较小的变化,阻抗却是纯相Li1Ti5O12样品的10倍,降低了电导率和锂离子扩散速率。随Mg2+掺杂量的增加,掺镁Li1Ti5O12样品的充放电容量降低,阻抗增大,颗粒尺寸变大,这样就得出当n（Mg）：n（Li）=1%,烧结温度为875℃时得到性能最好的样品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 锂离子电池简介
• 1.3 锂离子电池材料
• 1.4 课题的提出
• 1.5 本课题主要的研究内容与研究路线
• 2 实验原料、仪器、研究方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 电池材料制备与电池装配
• 2.4 测试方法
• 4Ti₅O₁₂'>3 高温固相法合成Li₄Ti₅O₁₂
• 4Ti₅O₁₂'>3.1 锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂
• 3.2 实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 4Ti₅O₁₂改性的初步研究'>4 Li₄Ti₅O₁₂改性的初步研究
• 4.1 改性目的和原则
• 4.2 实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 硕士期间论文发表情况
• 参考文献