鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰的合成和改性研究.pdf

1、鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰的鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰的合成和改性研究合成和改性研究Researchonsynthesismodificationoflithiumzinctitanateasanodematerialflithiumionbatteries領(lǐng)域：化學工程作者姓名：郄富昌指導教師：唐致遠教授企業(yè)導師：彭慶文高工天津大學化工學院二零一四年五月摘要鈦酸鋅鋰（Li2ZnTi3O8）作為鋰離子電池負極材料具有循環(huán)性能穩(wěn)定、比容量

2、大、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，近年來受到研究人員的關(guān)注。但對于Li2ZnTi3O8的電化學行為、制備方法和工藝等方面的研究不多，因此需要系統(tǒng)地探索Li2ZnTi3O8的制備方法和電化學行為。本文研究了高溫固相法、溶膠凝膠法制備新型鋰離子電池負極材料Li2ZnTi3O8的制備條件，研究了煅燒溫度、煅燒時間、鋰源等因素對產(chǎn)物的物理和電化學性能的影響。此外，本文還使用水熱法制備了Li2ZnTi3O8，研究了碳材料包覆和Cu摻雜對于材料電化學性能的影響

3、，通過實驗結(jié)果分析確定了最優(yōu)碳包覆量和Cu摻雜量。高溫固相法實驗表明，將鈦源、鋰源和鋅源充分混合的前軀體在800℃下煅燒4h即可得到純相Li2ZnTi3O8產(chǎn)物，產(chǎn)物的粒徑約為200nm。煅燒溫度的改變不影響產(chǎn)物的組成，但對材料的粒徑有顯著影響，從而進一步明顯影響材料的電化學性能。在800℃下煅燒4h的產(chǎn)物在0.1Ag電流下首次放電比容量可達232.9mAhg，在同樣電流下循環(huán)30次后沒有出現(xiàn)明顯的容量衰減，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。溶膠凝

4、膠法制備Li2ZnTi3O8的研究結(jié)果表明，煅燒溫度、煅燒時間、鋰源選擇、乙二醇與檸檬酸使用量比值對于產(chǎn)物的電化學性能有顯著影響。在800℃下煅燒3h，使用Li2CO3作為鋰源，且乙二醇和檸檬酸使用量比值為2時得到的產(chǎn)物Li2ZnTi3O8具有最優(yōu)的電化學性能，在100mAg電流密度下首次放電容量為230.6mAhg，循環(huán)40次后容量保持率為99.1%，在1000mAg電流密度下循環(huán)10次比容量達145.2mAhg。使用水熱法探索了表面

5、C包覆和Cu摻雜對Li2ZnTi3O8的影響，結(jié)果表明C包覆和Cu摻雜對Li2ZnTi3O8改性作用明顯，均可以有效提高Li2ZnTi3O8的充放電性能和倍率性能。使用葡萄糖作為碳源可以成功在Li2ZnTi3O8納米棒表面均勻包覆一層碳層，最優(yōu)碳包覆量為10%。在100mAg電流下循環(huán)60次后，10%的C包覆樣品的放電比容量可達286.9mAhg。Cu摻雜的Li2Zn0.9Cu0.1Ti3O8首次放電比容量為244.9mAhg，在100