钛酸锂负极材料的论文研究

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1、锂离子电池负极材料钛酸锂的水热合成及其改性研究指导教师：滕玉洁学生：张强cotents课题来源及研究目的和意义国内外研究现状及分析主要研究内容及方案进度安排，预期目标及可能遇到的困难前期所做的预备实验课题来源及研究目的和意义能源危机图1能源结构图图2世界能源消费现状与趋势课题来源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义锂电①在进行锂离子的嵌入和脱出的过程中,确保电极具有良好的可逆性能②嵌入化合物在较高的电压范围内应具有良好的化学稳定性③嵌入化合物应具有较好的电子电导率和离子电导率④锂离子在嵌入化合物中的化学扩散系数应尽

2、可能的大⑤具有大量的界面结构和表观结构，有利于增加嵌锂的空间位置，提高嵌锂容量，同时又能够较好的脱出锂离子⑥来源较广，价格便宜，对环境不产生较大污染等等国内外在该方向上的研究现状和分析㈠锂离子电池负极材料的性能要求金属锂锂合金碳材料氧化物氮化物纳米合金举例LiLiAl石墨SnOLi3-xCoxNSn22Li5Li4.4Si理论容量(mAh/g)386099337270090010004200表1锂离子电池负极材料研究进展国内外在该方向上的研究现状和分析㈡锂离子负极材料的研究进展国内外在该方向上的研究现状和分析优点缺点①低的电极电位（<1.0V）①

3、金属锂可能会在碳电极表面析出而形成锂枝晶存在安全隐患②循环寿命长②易形成SEI膜而导致首次充放电效率低，不可逆容量大③高的库伦效率③碳材料的电压平台较低，容易引起电解液的分解④存在明显的电压滞后，释放能量的速度不够快⑤在锂离子嵌入，脱出的过程中体积变化较大循环稳定性差表2碳负极材料的优缺点㈡锂离子负极材料的研究进展⑴目前商品化的负极材料是碳负极材料优点缺点①在锂离子嵌入、脱出过程中几乎没有体积变化被称为“零应变”材料，从而具有良好的循环性能和稳定的放电电压①电子电导率较低②具有相对较高的电极电压（1.55VvsLi/Li+）避免了与电解液发生反应

4、而产生的负极材料分解②作为负极材料，钛酸锂的电压平台过高，从而使电池对外可以提供的电压减小③与碳负极材料相比，钛酸锂具有较高的锂离子扩散系数，使得该负极材料可以迅速，在高倍率下多循环充放电③1V以上的充放电容量小于碳负极材料（200～400mAh/g）④钛酸锂的电势比纯的金属锂高，不易产生锂枝晶，提高了电池的安全性能国内外在该方向上的研究现状和分析㈡锂离子负极材料的研究进展⑵Li4Ti5O12充电次数更多、充电过程更快表3Li4Ti5O12负极材料的电化学材料性能方法优点缺点高温固相法操作简便，易于工业化生产合成温度高，烧结时间长，能耗大，生产效

5、率低，产物的粒径分布不容易控制，均匀性，一致性和重现性较差。沉淀法简单易行纯度低，颗粒半径大溶胶凝胶法具有较均匀的相貌、较窄的粒径分布，导致其具有较好的电化学性能。该方法通常都会引入大量有机化合物，使合成过程变得较为复杂，不适合于实际应用。水热法颗粒尺寸分布较窄，颗粒表面更加均匀有时与容器反应⑴尖晶石型Li4Ti5O12的制备方法表4尖晶石型Li4Ti5O12的制备方法比较国内外在该方向上的研究现状和分析㈢尖晶石型Li4Ti5O12的研究进展⑵尖晶石型Li4Ti5O12改性方法①离子掺杂掺杂改性一方面可以对材料进行体相掺杂②表面修饰Li4Ti5O

6、12的表面修饰是在它的表面复合一层导电物质，从而提高电极材料的导电性，增强其大电流的充放电性能。③Li4Ti5O12/氧化物复合材料综合Li4Ti5O12循环稳定性好和氧化物放电稳定性高等优点，采用复合的思想将两种物质进行复合以期得到性能优良的复合材料。（2）表面修饰国内外在该方向上的研究现状和分析㈢尖晶石型Li4Ti5O12的研究进展①水热法制备的尖晶石型Li4Ti5O12粉末的充放电性能和其形貌特征的研究②通过水热法制备Li4Ti5O12/ZnO复合材料并确定其最佳的合成条件以获得充放电容量更高的产物③在Li4Ti5O12/ZnO复合材料的基

7、础上就Li4Ti5O12倍率较低的情况进行碳包覆，拟将采用淀粉为碳源以获得性能更加优良的负极材料主要研究内容及方案㈠研究内容180℃、12h水热80℃水浴钛酸四丁酯和氢氧化锂的水溶液白色样品Li4Ti5O12前驱体目标产物Li4Ti5O12研磨700℃、5h烧结主要研究内容及方案㈡研究方案①2012年3月~2012年4月：查阅相关课题的最新文献确定研究目的及方向；用水热法合成的纯相Li4Ti5O12材料，并对其进行结构及性能测试。②2012年4月~2012年5月：对Li4Ti5O12材料进行以ZnCl2作为Zn源的复合材料的合成，也对合成的材料进

8、行结构及性能测试③2012年5月~2012年6月：对Li4Ti5O12/ZnO复合材料进行碳包覆。认真整理实验数据，并对复合材料的提高机