Li4Ti5O12/C材料的合成研究(2)

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3.1.1 Li4Ti5O12材料的XRD分析 11

3.1.2 Li4Ti5O12材料的SEM分析 13

3.2 Li4Ti5O12材料的电化学性能分析 14

3.2.1 煅烧使用实验炉对Li4Ti5O12/C材料的影响 14

3.2.2 煅烧时间对Li4Ti5O12/C材料的影响 17

3.2.3 水热反应时间对Li4Ti5O12/C材料的影响 18

3.2.4 煅烧温度对Li4Ti5O12/C材料的影响 19

3.2.5 碳含量对Li4Ti5O12/C材料的影响 21

4 总结及展望 25

4.1 总结 25

4.2 展望 25

致谢 26

参考文献 27

1 绪论

1.1 引言

锂离子电池成为现在最受瞩目的储能、能量转换技术，是因为其具有高能量密度，能够长效循环等的优势。而之前常用的是石墨电极，包括天然石墨、人造石墨，以此作为锂离子电池的负极材料。但是在Li+的脱嵌过程中，石墨电极的体积会发生膨胀和收缩，引起石墨结构坍塌，使电性能的下降，电子传导的失效；在安全性能这方面，其嵌入电压使石墨电极在充电过程中，可能会因为意外的过充而形成锂晶枝，造成电池短路，发热，甚至发生爆炸。目前被认识是石墨电极材料最有发展前途的替代品之一的，是作为非碳负极材料的钛酸锂Li4Ti5O12，这种材料拥有非常出众的电化学性能，而且稳定性高、安全性好，具有良好的循环性能。但是Li4Ti5O12材料存在一个问题：高倍率性能较差，电子电导率也不高，电极电位较高，但相对的工作电压较低。锂离子常温下具有2×10-8cm2/s的化学扩散系数，比碳负极材料大整整一个数量级，所以也更适用于大电流的充放电。同时锂离子理论容量为175mAh·g-1，156V vs Li的电极电压也较高[1]。

本实验将研究通过表面改性合成Li4Ti5O12/C复合材料，来改善Li4Ti5O12电子导电率低、高倍率性能较差的问题。

1.2 研究意义

锂离子电池，是指用两种能可逆地脱嵌锂离子的化合物分别作为正负极，构成的一种拥有高性能的二次电池体系。钛酸锂尖晶石Li4Ti5O12(LTO)在充放电过程中，晶体体积变化小于1％，被称为“零应变”的电极材料。这种电极材料在1.55V左右，会出现一个非常平坦的工作电压平台，且会超过反应全过程的90%。钛酸锂在Li+嵌入脱出的过程中，具有能够保持高度稳定性的晶体结构，同时也具有优良的循环稳定性。锂离子常温下具有2×10-8cm2/s的化学扩散系数，比碳负极材料大整整一个数量级，所以也更适用于大电流的充放电。

用碳作为Li4Ti5O12的添加剂，并不会改变Li4Ti5O12的晶体结构，但是可以抑制粒子长大，缓和由于粒子长大而产生的内应力，增加粒子间的电接触，增强Li4Ti5O12/C复合材料的导电性。使用碳结构来形成Li4Ti5O12/C复合材料，可以通过尽量减少颗粒大小、提高表面积论文网，来阻止纳米粒子结块产生协同效应。以及这种Li4Ti5O12/C材料缩短了锂离子扩散距离，减小了锂离子的扩散阻力，减缓电极极化，从而根据特定容量、循环性能和速度性能来改善其电化学性能。

1.3 锂离子电池简介

1.3.1 锂离子电池的发展

锂离子电池目前已经成为最受瞩目的能量转换和储能技术。锂离子电池的历史可以追溯至1950年，它从那时开始被发现，并被逐步发展起来。自20世纪80年代年阿曼德公布了“摇椅式电池”的构想以来，日本三洋、索尼等企业陆续对锂离子电池的商业化进行了开发[2]。1991年6月，历史上出现了第一个以锂离子电池作为电源的移动电话，直接使得对锂离子电池研究的热情达到了一个前所未有的高度，锂离子电池也因此被称为“最具前途的化学电源”[3]。为了解决锂电池的现有的缺陷，同时也为了满足市场发展需求，人们对锂离子电池进行了进一步的开发。其中具有标志性意义的是Goodenough等成功的将钴酸锂(LiCoO2)用做了锂电池的正极材料优尔;文'论"文;网www.youerw.com。二十世纪末，日本企业实现了将以LiCoO2作为正极材料的锂离子电池的商品化，并研发出了碳化石墨，以此作为锂离子电池负极材料。这种锂离子电池，实际运行电压为3.6V，并且有出色的比能量，能够在各领域广泛应用[4]。