鋰離子電池正極材料Li2NiTiO4的合成及其性能表征.pdf

1、目前鋰離子電池年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到數(shù)十億只，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，但是其在HEV市場(chǎng)的應(yīng)用所占的比例還是比較少的。除了成本、安全性能、壽命等限制因素外，最主要的限制因素還是鋰離子電池的比能量密度不夠高。因此，尋求具備較高的充放電壓平臺(tái)和較高的充放電比容量的新型材料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。Li2NiTiO4正極材料以其低成本、高安全性、無(wú)污染以及較高的理論比容量(290 mA h g-1)等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的高度關(guān)注。盡管如此，Li2

2、NiTiO4的結(jié)構(gòu)為無(wú)序立方鹽巖型，陽(yáng)離子處于混排狀態(tài)，而使得Li+缺乏充足的擴(kuò)散通道，導(dǎo)致首次充放電容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論容量，同時(shí)，Li2NiTiO4電子導(dǎo)電率較低，這些因素使得Li2NiTiO4在倍率性能、循環(huán)性能和首次庫(kù)倫效率都需要很大程度的提高。因此，目前對(duì)Li2NiTiO4的研究仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段。
　　本文的主要工作內(nèi)容如下：⑴研究了利用尿素對(duì)Li2NiTiO4表面進(jìn)行處理后其微觀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的影響。采用低溫溶膠凝膠法

3、合成了Li2NiTiO4，并在氮?dú)鈿夥障掠媚蛩貙?duì)其進(jìn)行表面處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Li2NiTiO4在500℃下用尿素處理以后，比表面積由10 m2 g-1增加到15 m2 g-1，平均孔徑也由4.2nm增加至23.7nm；而且在該溫度下處理的Li2NiTiO4的局部晶體結(jié)構(gòu)也變得有序。這些變化使得Li2NiTiO4的充放電容量和倍率性能得到較大幅度的提高。當(dāng)電流密度為0.1C時(shí)，Li2NiTiO4的首次放電容量有95mAh g-1增加至1

4、30mAh g-1；當(dāng)充放電電流密度提高到2C時(shí)，Li2NiTiO4的容量保持率（相對(duì)于0.1C）由37％增加至50%。⑵研究了碳納米管的添加對(duì) Li2NiTiO4倍率特性的影響。采用球磨法將Li2NiTiO4與CNTs進(jìn)行機(jī)械混合。結(jié)果表明：與CNTs混合后，Li2NiTiO4在大倍率2C下的放電容量由原來(lái)的39mAhg-1增加至58mAhg-1，倍率性能得到明顯改善。⑶研究了Li2NiTiO4充放電機(jī)理以及電化學(xué)性能在不同測(cè)試電壓測(cè)

5、試范圍的關(guān)系。研究結(jié)果表明：當(dāng)選擇2.5-4.8 V的電壓測(cè)試范圍時(shí)，Li2NiTiO4首次充/放電容量分別為78.8和37.8 mA h g-1，首次庫(kù)倫效率為49%；當(dāng)選擇1.5-4.8 V的電壓測(cè)試范圍時(shí)，Li2NiTiO4的首次充/放電容量分別為77.7和53.3 mA h g-1，首次庫(kù)倫效率增加到了68%。并且當(dāng)電壓范圍為1.5-4.8V時(shí)，25℃，Li2NiTiO4循環(huán)50圈后，容量保持率由57.5%（2.5-4.8V）增