本文主要研究内容
作者白雪（2019）在《钛基氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究》一文中研究指出：目前,动力汽车的发展主要依赖于其电池组的发展。相比于传统的铅酸电池、镍镉电池等,商业化的锂离子电池有着明显的优势如能量密度大、工作电压高、续航时间长、工作范围宽、无记忆效应等,但目前的锂离子电池已经越来越不能满足人们对高性能及安全性的需求。负极材料是决定电池性能的关键组件。由于商业化的石墨负极存在着倍率性能差以及安全隐患,因此对可替代负极材料的探索是当前的重中之重。钛基氧化物负极材料在结构上的稳定性使其在动力电池领域具有广泛应用前景。其中,钛酸锂(LTO)和二氧化钛(Ti02)在脱嵌锂过程中均表现出较小的体积变化,是动力电池的理想候选材料,但二者较差的电子电导率阻碍了其实际应用。为了解决上述缺点,表面包覆和体相掺杂被证明是非常有效的方法。在钛基氧化物纳米颗粒的表面包覆其他材料如导电碳层或固态电解质,既可提高材料的电子电导率或锂离子传输速率,也可抑制晶粒长大并缓解颗粒团聚。若进行体相掺杂,钛基氧化物材料的电子电导率可得到显著提高。本文通过对LTO和Ti02进行表面包覆改性及体相掺杂来提高材料的电子电导率,制备了一系列的改性钛基氧化物负极材料,探讨了相关的改性机理和电化学反应动力学。主要研究内容如下:(1)钛酸四丁酯滴入氢氧化锂的水溶液后水解得到LTO前驱体。将硝酸铜溶液逐滴滴入上述前驱体中,烘干后在600℃下锻烧5 h,制备得到了铜掺杂改性的LTO负极材料。铜掺杂改性LTO负极材料在0.1-40 C下表现出优异的倍率性能。铜掺杂量为0.08的LTO负极材料在0.1、1、2、5、10、20、40 C下的可逆比容量分别为176.9、153.3、150.7、148.0、145.3、144.7、138.5 mAh g-1。在10 C下循环2500次后的可逆比容量仍可达到132.3 mAh g-1。另外,铜掺杂量为0.08的LTO负极材料在电流密度为10-40 C下展现出优异的容量保持率。通过系统的组织结构和比表面表征以及阻抗谱的分析,掺杂改性后的LTO 比表面积增大,抑制了晶粒长大,晶格常数略有增加,且电子电导率和离子电导率均得到显著改善,引起电化学性能的显著提高。(2)LTO与商业硅酸锂(LSO)固态电解质在溶剂中均匀混合后,在空气中750 ℃煅烧5 h,制备得到了LSO表面改性LTO负极材料。通过调整LTO/LSO的质量比可得到最优的电化学性能,含0.51 wt%LSO的LTO/LSO在100、200、400、800和 1600 mA g-1下的比容量分别达到 163.8、157.6、153.1、147.0和 137.9 mAh g-1,并且在500 mA g-1下,循环2700次后比容量仍可保持120.2 mAh g-1,相当于单次循环的容量衰减率仅为0.0074%。利用多种结构表征手段对材料的组织结构进行分析,改性后LTO颗粒表面区域发生微量硅掺杂,有利于提高其电子电导率。阻抗谱分析证明,LSO包覆后材料的锂离子扩散速率增加。LTO颗粒表面均匀的LSO包覆层以及LTO颗粒表面发生的微量掺杂共同促进了LTO电子电导率和离子电导率的提高,从而使改性后的LTO电化学性能得到显著改善。(3)钛酸四丁酯水解得到的纳米Ti02与葡萄糖均匀混合,经600 ℃下炭化处理,得到碳包覆的纳米Ti02。包碳后样品的晶粒尺寸明显减小,有利于增加电解液与活性物质的接触面积,缩短锂离子传输路径。通过改变葡萄糖与Ti02的质量比,研究了不同质量比下纳米Ti02的电化学性能。当葡萄糖与Ti02质量比为0.8:1时,碳包覆纳米Ti02表现出较高的可逆比容量,经100 mA g-1下循环 100次后,可逆比容量为283.7 mAh g-1。在200、400、800和 1600 mA g-1下,对应的可逆比容量分别为245.1、213.6、179.9以及136.6 mAh g-1。在500 mA g-1下循环1000次后,质量比0.8:1的碳包覆纳米TiO2可逆比容量为122.8 mAh g-1,质量比为0.7:1的碳包覆纳米Ti02可逆比容量为149.1 mAh g-1。碳包覆纳米Ti02的优异电化学性能可归因于其合适的碳含量。合适的碳含量在不影响锂离子扩散速率的情况下,使材料电子电导率得到提高。(4)钛酸四丁酯水解得到的纳米Ti02与尿素在反应釜中固相混合后,在600℃下煅烧5 h,得到碳包覆的氮掺杂纳米TiO2。反应过程中一步实现了碳包覆和氮掺杂。改性后纳米Ti02的晶粒尺寸减小,且电化学阻抗谱显示其界面电阻明显降低。改性后的纳米Ti02在100、200、400、800和1600 mA g-1下的可逆比容量分别为227.7、204.0、186.4、160.6及113.1 mAh g-1。在500 mA g-1下循环2500次后的可逆比容量仍可达到106.4 mAh g-1,对应的单次循环比容量衰减率仅为0.016%。这些优异的电化学性能归因于碳包覆与氮掺杂同时改善了纳米Ti02的电子电导率和离子电导率。
Abstract
mu qian ,dong li qi che de fa zhan zhu yao yi lai yu ji dian chi zu de fa zhan 。xiang bi yu chuan tong de qian suan dian chi 、nie ge dian chi deng ,shang ye hua de li li zi dian chi you zhao ming xian de you shi ru neng liang mi du da 、gong zuo dian ya gao 、xu hang shi jian chang 、gong zuo fan wei kuan 、mo ji yi xiao ying deng ,dan mu qian de li li zi dian chi yi jing yue lai yue bu neng man zu ren men dui gao xing neng ji an quan xing de xu qiu 。fu ji cai liao shi jue ding dian chi xing neng de guan jian zu jian 。you yu shang ye hua de dan mo fu ji cun zai zhao bei lv xing neng cha yi ji an quan yin huan ,yin ci dui ke ti dai fu ji cai liao de tan suo shi dang qian de chong zhong zhi chong 。tai ji yang hua wu fu ji cai liao zai jie gou shang de wen ding xing shi ji zai dong li dian chi ling yu ju you an fan ying yong qian jing 。ji zhong ,tai suan li (LTO)he er yang hua tai (Ti02)zai tuo qian li guo cheng zhong jun biao xian chu jiao xiao de ti ji bian hua ,shi dong li dian chi de li xiang hou shua cai liao ,dan er zhe jiao cha de dian zi dian dao lv zu ai le ji shi ji ying yong 。wei le jie jue shang shu que dian ,biao mian bao fu he ti xiang can za bei zheng ming shi fei chang you xiao de fang fa 。zai tai ji yang hua wu na mi ke li de biao mian bao fu ji ta cai liao ru dao dian tan ceng huo gu tai dian jie zhi ,ji ke di gao cai liao de dian zi dian dao lv huo li li zi chuan shu su lv ,ye ke yi zhi jing li chang da bing huan jie ke li tuan ju 。re jin hang ti xiang can za ,tai ji yang hua wu cai liao de dian zi dian dao lv ke de dao xian zhe di gao 。ben wen tong guo dui LTOhe Ti02jin hang biao mian bao fu gai xing ji ti xiang can za lai di gao cai liao de dian zi dian dao lv ,zhi bei le yi ji lie de gai xing tai ji yang hua wu fu ji cai liao ,tan tao le xiang guan de gai xing ji li he dian hua xue fan ying dong li xue 。zhu yao yan jiu nei rong ru xia :(1)tai suan si ding zhi di ru qing yang hua li de shui rong ye hou shui jie de dao LTOqian qu ti 。jiang xiao suan tong rong ye zhu di di ru shang shu qian qu ti zhong ,hong gan hou zai 600℃xia duan shao 5 h,zhi bei de dao le tong can za gai xing de LTOfu ji cai liao 。tong can za gai xing LTOfu ji cai liao zai 0.1-40 Cxia biao xian chu you yi de bei lv xing neng 。tong can za liang wei 0.08de LTOfu ji cai liao zai 0.1、1、2、5、10、20、40 Cxia de ke ni bi rong liang fen bie wei 176.9、153.3、150.7、148.0、145.3、144.7、138.5 mAh g-1。zai 10 Cxia xun huan 2500ci hou de ke ni bi rong liang reng ke da dao 132.3 mAh g-1。ling wai ,tong can za liang wei 0.08de LTOfu ji cai liao zai dian liu mi du wei 10-40 Cxia zhan xian chu you yi de rong liang bao chi lv 。tong guo ji tong de zu zhi jie gou he bi biao mian biao zheng yi ji zu kang pu de fen xi ,can za gai xing hou de LTO bi biao mian ji zeng da ,yi zhi le jing li chang da ,jing ge chang shu lve you zeng jia ,ju dian zi dian dao lv he li zi dian dao lv jun de dao xian zhe gai shan ,yin qi dian hua xue xing neng de xian zhe di gao 。(2)LTOyu shang ye gui suan li (LSO)gu tai dian jie zhi zai rong ji zhong jun yun hun ge hou ,zai kong qi zhong 750 ℃duan shao 5 h,zhi bei de dao le LSObiao mian gai xing LTOfu ji cai liao 。tong guo diao zheng LTO/LSOde zhi liang bi ke de dao zui you de dian hua xue xing neng ,han 0.51 wt%LSOde LTO/LSOzai 100、200、400、800he 1600 mA g-1xia de bi rong liang fen bie da dao 163.8、157.6、153.1、147.0he 137.9 mAh g-1,bing ju zai 500 mA g-1xia ,xun huan 2700ci hou bi rong liang reng ke bao chi 120.2 mAh g-1,xiang dang yu chan ci xun huan de rong liang cui jian lv jin wei 0.0074%。li yong duo chong jie gou biao zheng shou duan dui cai liao de zu zhi jie gou jin hang fen xi ,gai xing hou LTOke li biao mian ou yu fa sheng wei liang gui can za ,you li yu di gao ji dian zi dian dao lv 。zu kang pu fen xi zheng ming ,LSObao fu hou cai liao de li li zi kuo san su lv zeng jia 。LTOke li biao mian jun yun de LSObao fu ceng yi ji LTOke li biao mian fa sheng de wei liang can za gong tong cu jin le LTOdian zi dian dao lv he li zi dian dao lv de di gao ,cong er shi gai xing hou de LTOdian hua xue xing neng de dao xian zhe gai shan 。(3)tai suan si ding zhi shui jie de dao de na mi Ti02yu pu tao tang jun yun hun ge ,jing 600 ℃xia tan hua chu li ,de dao tan bao fu de na mi Ti02。bao tan hou yang pin de jing li che cun ming xian jian xiao ,you li yu zeng jia dian jie ye yu huo xing wu zhi de jie chu mian ji ,su duan li li zi chuan shu lu jing 。tong guo gai bian pu tao tang yu Ti02de zhi liang bi ,yan jiu le bu tong zhi liang bi xia na mi Ti02de dian hua xue xing neng 。dang pu tao tang yu Ti02zhi liang bi wei 0.8:1shi ,tan bao fu na mi Ti02biao xian chu jiao gao de ke ni bi rong liang ,jing 100 mA g-1xia xun huan 100ci hou ,ke ni bi rong liang wei 283.7 mAh g-1。zai 200、400、800he 1600 mA g-1xia ,dui ying de ke ni bi rong liang fen bie wei 245.1、213.6、179.9yi ji 136.6 mAh g-1。zai 500 mA g-1xia xun huan 1000ci hou ,zhi liang bi 0.8:1de tan bao fu na mi TiO2ke ni bi rong liang wei 122.8 mAh g-1,zhi liang bi wei 0.7:1de tan bao fu na mi Ti02ke ni bi rong liang wei 149.1 mAh g-1。tan bao fu na mi Ti02de you yi dian hua xue xing neng ke gui yin yu ji ge kuo de tan han liang 。ge kuo de tan han liang zai bu ying xiang li li zi kuo san su lv de qing kuang xia ,shi cai liao dian zi dian dao lv de dao di gao 。(4)tai suan si ding zhi shui jie de dao de na mi Ti02yu niao su zai fan ying fu zhong gu xiang hun ge hou ,zai 600℃xia duan shao 5 h,de dao tan bao fu de dan can za na mi TiO2。fan ying guo cheng zhong yi bu shi xian le tan bao fu he dan can za 。gai xing hou na mi Ti02de jing li che cun jian xiao ,ju dian hua xue zu kang pu xian shi ji jie mian dian zu ming xian jiang di 。gai xing hou de na mi Ti02zai 100、200、400、800he 1600 mA g-1xia de ke ni bi rong liang fen bie wei 227.7、204.0、186.4、160.6ji 113.1 mAh g-1。zai 500 mA g-1xia xun huan 2500ci hou de ke ni bi rong liang reng ke da dao 106.4 mAh g-1,dui ying de chan ci xun huan bi rong liang cui jian lv jin wei 0.016%。zhe xie you yi de dian hua xue xing neng gui yin yu tan bao fu yu dan can za tong shi gai shan le na mi Ti02de dian zi dian dao lv he li zi dian dao lv 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自山东大学的白雪，发表于刊物山东大学2019-07-16论文，是一篇关于动力电池论文,钛基氧化物负极材料论文,表面改性论文,掺杂论文,电化学性能论文,山东大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自山东大学2019-07-16论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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