锂离子电池负极材料介孔球形钛酸锂的合成及电化学性能的研究-物理化学专业论文.docxVIP

南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 锂离子电池负极材料介孔球形钛酸锂的合成及电化学性能研究 锂离子电池负极材料介孔球形钛酸锂的合成及电化学性能研究 I I II II 摘 要 本文以研究比容量高、比表面积大、循环性能好、制备工艺简单且成本低廉的锂离子电池 负极材料钛酸锂，分析该材料的物化性能和电化学性能为目的，先采用内凝胶法合成目标产物 球形二氧化钛，并考察合成过程中影响球形二氧化钛形成的各种因素，然后使用高温固相法制 备球形钛酸锂。 首先以TiC14为原料，六亚甲基四胺为固化剂，尿素为共沉淀剂，然后以液体石蜡为分散剂， 制备出具有球形形貌的前驱体二氧化钛，利用SEM扫描电镜可以看出内凝胶法制备出的材料的 颗粒尺寸在1～6 μm之间，颗粒平均粒径为3 μm左右，球体表面比较光滑，流动性很好，进行 热处理后也没有发生形变。使用上述制备的球形二氧化钛为原料与碳酸锂混合，制备了具有尖 晶石结构的球形钛酸锂（Li4Ti5O12）粉末。 以此工艺为基础，在合成球形二氧化钛的过程中加入三嵌段共聚物F127，制备出了电化学 性能更好的介孔球形钛酸锂。这种样品的比表面积为169.678 m2/g、平均孔径为10.300 nm、孔 容为0.437 cm3/g。XRD、SEM及电化学性能测试等分析手段表明，合成的Li4Ti5O12材料均为纳 米一次粒子（晶粒）组成的球形二次粒子（颗粒），并具有较大的比表面积。将这种表面有介 孔孔道结构的球形钛酸锂为正极材料、锂（Li）片为负极材料组成的锂离子电池具有平稳的充 放电电压平台和优异的循环性能。在1.0～2.5 V之间充放电，其首次放电容量为173.8 mAh/g， 经过30次循环后，其放电比容量仍有170.2 mAh/g。说明了此方法大大的改进了钛酸锂的电化学 性能。 关键词：锂离子电池，负极材料，钛酸锂，内凝胶法，介孔微球 ABSTRACT Lithium titanate is widely studied as the anode material of Li-ion battery for lots of favorable futures such as high specific capacity shows, large specific surface area, good cycling performance, simple manufacturing process and low cost. In this thesis, spherical TiO2 was firstly prepared by the internal-gel method after exploring the optimal conditions, and then spherical lithium titanate was prepared by high-temparure solid-state and investigated for its physical and chemical behavior, and electrochemical performance. The spherical TiO2 was synthesized with TiC14 as Ti source, urea and hexamethylene tetramine as curing agent, and liquid paraffin as disperser, respectively. The structure of the samples obtained under different conditions was characterized by X-ray diffraction (XRD) and Scanning electron microscope (SEM). The result shows that the diameter of spherical TiO2 is within the range of 1~6 μm and the average particle size is about 3 μm. Moreover, the surface of the spherical TiO2 is smooth without any morphological change after heat treatment. Spherical Li4Ti5O12 powder with spinel structure was prepared by ball milling spherical TiO2 and lithium carbonate.