含钛化合物负极材料的合成及性能研究物理化学专业论文.docxVIP

湘潭大学硕士学位论文 湘潭大学硕士学位论文 I I 摘 要 Li4Ti5O12的电子导电性差，因而削减了它的高倍率容量。为了提高电极材料 的倍率性能，减少成本，通常纳米结构的材料可以用来有效改善锂离子的扩散和 电子的导电率。但是Li4Ti5O12的理论容量只有175 mAh g-1。因此，开发具有高容 量和高能量密度的新型负极材料仍是一个很大的难题。与简单的二元氧化物相 比，多元氧化物可以通过变换它们的组分，有效的调整其化学物理性质，例如， 复合尖晶石Li2ZnTi3O8、Li2CoTi3O8等。 本文采用静电纺丝及热处理静电纺丝 前驱体纤维的方法成功制备了 Li4Ti5O12负极材料，采用XRD、SEM、TEM、TG、恒流充放电、CV、EIS等研 究了煅烧温度对材料的形貌和电化学性能的影响。研究结果显示，煅烧温度为 700 ℃的样品呈纤维状结构，单个的纤维是由直径小于 50 nm的小颗粒所组成。 700 ℃煅烧后的Li4Ti5O12电极，20 C时的首次放电比容量为 122 mAh g-1，循环 300 次之后仍然可以达到 120 mAh g-1，容量保持率为 98%。 本文采用静电纺丝及热处理静电纺丝 前驱体纤维的方法成功制备了 Li2ZnTi3O8纤维，采用XRD、SEM、TEM、TG、恒流充放电、CV、EIS等研究了 该材料的形貌和电化学性能。研究结果显示，Li2ZnTi3O8纤维电极在电流密度为 0.1 C时，循环 10 次后的放电比容量为 224 mAh g-1；1.0 C时，放电比容量降到 190 mAh g-1；2.0 C时，仍然有 173 mAh g-1；再一次回到 0.1 C时，仍然可以达到 214 mAh g-1，显示了高度地可逆容量和良好的倍率容量。 本文采用静电纺丝法和固相法分别制备了Li2CoTi3O8纤维和Li2CoTi3O8颗粒 负极材料，采用XRD、SEM、TEM、TG、恒流充放电、CV、EIS等研究了两种 合成方法对材料的形貌和电化学性能的影响。研究结果显示，Li2CoTi3O8纤维电 极在 2000 mA g-1的高电流密度下循环 30 次之后，其放电比容量为 142 mAh g-1， 循环到 300 次时其比容量仍然还有 141 mAh g-1，保持率达到 99%。而Li2CoTi3O8 颗粒电极在同样的电流密度下循环 30 次之后，其放电比容量只有 103 mAh g-1。 关键词：锂离子电池；负极材料；静电纺丝法；纤维；纳米颗粒 II II Abstract Li4Ti5O12 shows poor electronic, so then limits its high rate-capability. In order to improve the rate performance and reduce the cost of electrode materials, nanostructured materials usually are used to solve the problem, which is the solid-state diffusion of Li+ intercalation and electronic conductivity. However, the theoretical theory of Li4Ti5O12 is only 175 mAh g-1. So to develop a new anode material which has a large capacity and high energy density is still a challenge. Compared with simple binary oxides, multicomponent oxides can alter their compositions and tune effectively the chemical and physical properties, such as complex spinel Li2ZnTi3O8, Li2CoTi3O8 et al. In here, Li4Ti5O12 anode materials were successfully prepared by an electrospinning process. Then the material is characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), therma