鋰離子電池負極材料Li-,4-Ti-,5-O-,12-的制備、改性及電性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有輸出電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點,早已在手機、MP3、攝像機等便攜式電子設(shè)備中實現(xiàn)商業(yè)化。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展,還將在電動汽車、電動助力車等動力電池領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這就對電池的能量密度、壽命、安全性、倍率性能等方面提出了更高的要求。
　　 目前,鋰離子電池負極材料大多采用碳負極材料,此類材料在充放電過程中循環(huán)性能差,而且存在安全隱患。與碳負極相比,具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰(Li4Ti5

2、O12)材料具有明顯的優(yōu)勢,如良好的循環(huán)性能和較高的安全性。盡管如此,由于Li4Ti5O12材料本身的電導(dǎo)率較低(電子電導(dǎo)率僅為10-9 S·cm-1),在大電流充放電時容易產(chǎn)生較大的極化,嚴重影響到材料的倍率性能,這就限制了Li4Ti5O12負極材料在動力電池中的應(yīng)用。
　　 針對以上問題,我們主要進行了以下的研究內(nèi)容:
　　 1.用模板法制備Li4Ti5O12/C復(fù)合負極材料,并對合成的材料進行了結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性

3、能研究,優(yōu)選出聚丙烯腈(PAN)為最好的模板劑。以PAN為模板合成的復(fù)合材料的穩(wěn)定放電容量約為152mAh·g-1,比純Li4Ti5O12材料要高出29mAh·g-1左右;該材料的循環(huán)性能優(yōu)越,10次循環(huán)后容量幾乎保持不變;另外,材料的振實密度為1.51g·cm-3,比純樣品的振實密度高出0.38g·cm-3。
　　 2.首次采用乳酸鎂為摻雜源和部分碳源合成摻雜Mg2+的Li4Ti5O12/C復(fù)合負極材料,并對產(chǎn)物進行物理性能與

4、電化學(xué)性能的表征,研究發(fā)現(xiàn)Mg2+摻雜的Li4Ti5O12/C復(fù)合材料的放電比容量為161mAh·g-1,比純Li4Ti5O12(127mAh·g-1)提高約34mAh·g-1,且材料的循環(huán)性能非常優(yōu)越。另外,合成系列摻雜Cr3+、Cos2+、Ni2+、Mn4+的Li4Ti5O12/C材料,并對比了各種離子摻雜的效果。
　　 3.在凝膠注模成型工藝制備Li4Ti5O12/C負極材料上做了一些有益的探索。通過選用不同量的有機單體、

5、調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度及煅燒時間,成功調(diào)控了Li4Ti5O12晶粒的生長方式,減小了顆粒粒度,生成了近球型的顆粒,當(dāng)丙烯酰胺與二氧化鈦的質(zhì)量比10％時,合成的Li4Ti5O12/C材料的放電容量為162mAh·g-1比純Li4Ti5O12高出約40mAh·g-1,且材料的振實密度高達1.61g·cm-3,很好的解決了Li4Ti5O12材料比重小的問題。而當(dāng)丙烯酰胺與二氧化鈦的質(zhì)量比5％時,材料的循環(huán)性能最佳,放電平臺最平坦。
　　 4.利