鋰離子電池負極鈦酸鋰復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種高性能化學(xué)電源，在小型電器設(shè)備中有著舉足輕重的地位，同時也是電動車(EV)和混合電動汽車(HEV)優(yōu)先選擇的動力電源。近年，由于EV和HEV的迅速發(fā)展，要求鋰離子電池在功率密度、能量密度、長循環(huán)穩(wěn)定性及安全性等方面需要進一步提高，需要對電極材料進一步開發(fā)研究。本文主要針對鋰離子電池負極材料鈦酸鋰(Li4Ti5O12)進行研究，Li4Ti5O12(LTO)具有很好的充放電平臺，在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有很好的可逆性、循環(huán)

2、穩(wěn)定性及安全性，但由于其導(dǎo)電性差、離子擴散系數(shù)小，導(dǎo)致在高倍率充放電時極化大比容量低。針對其自身的缺點，本論文重在對LTO進行改性研究。
　　采用球磨固相法在LTO前軀體內(nèi)引入一元導(dǎo)電劑乙炔黑(AB)和二元導(dǎo)電劑乙炔黑/多壁碳納米管(MWCNTs)，煅燒合成LTO時可以有效地減小顆粒的粒度，使顆粒分部均勻，經(jīng)電化學(xué)測試，均表現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)可逆性。特別是LTO/AB/MWCNTs復(fù)合材料，MWCNTs與LTO形成嵌入式結(jié)構(gòu)

3、，與LTO顆粒外導(dǎo)電劑 AB協(xié)同作用，改變材料的導(dǎo)電途徑，有效的增加了材料的導(dǎo)電維度，經(jīng)與純相LTO和LTO/AB材料相比具有很好的導(dǎo)電性和優(yōu)異的電化學(xué)性能，20C倍率放電比容量為116.3 mAh/g。在2C倍率時，經(jīng)過1000次循環(huán)后比容量保持在161.1 mAh/g，只有4.8％的容量損失。
　　通過溶膠-凝膠法和溶膠水熱法制備LTO/C納米復(fù)合材料，該結(jié)構(gòu)體系不僅改善材料的導(dǎo)電性，而且縮短了電荷的擴散路徑，有效地改變了LT

4、O的電化學(xué)性質(zhì)。溶膠-凝膠法制備的LTO/C復(fù)合材料在10C、20C、40C倍率下比容量分別為141 mAh/g、132 mAh/g、108 mAh/g，10C倍率和20C倍率下經(jīng)500次循環(huán)后容量保持率在97.3%和92.5%。溶膠水熱法制備的微米球 LTO/C納米復(fù)合材料，10C、20C倍率時比容量為146.3mAh/g、127.8 mAh/g，5C倍率比容量為152.4 mAh/g，經(jīng)1000次循環(huán)比容量保持率為96.4%。

5、>　　利用具有二維結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電劑石墨烯(GNs)與LTO復(fù)合，制備了LTO/GNs納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，5C倍率初始脫鋰容量為139.1 mAh/g，500次循環(huán)后比容量為133.4 mAh/g，1000次循環(huán)后比容量為115.6mAh/g；另外氧化石墨烯與乙二胺水熱反應(yīng)后再與LTO復(fù)合，生成LTO/NC/GNs復(fù)合材料更好地改善電極材料的反應(yīng)動力學(xué)性能，表現(xiàn)出比LTO/GNs更好的電化學(xué)性能，從初始的嵌鋰容量為144.9mAh/g，500