發(fā)布時間：2021-04-15 15:51

　　作為鋰離子電池新型負極材料的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)較高的嵌鋰電位較高（1.55V,相對于Li/Li⁺）,循環(huán)性能優(yōu)異,電壓平臺平穩(wěn)高等諸多優(yōu)點,可以用來提升現(xiàn)階段鋰離子電池的倍率與安全性能,具有十分良好的發(fā)展前景。然而,Li₄Ti₅O₁₂材料存在較大的本征缺陷,較低的導電率和鋰離子擴散系數(shù)嚴重抑制了其電化學性能的發(fā)揮,從而阻礙了它的實際應用。減小粒徑尺寸離子摻雜、復合碳材料等方法被廣泛用來改善鈦酸鋰負極材料倍率性能。采用碳材料與納米尺寸鈦酸鋰形成的復合材料,能夠顯著提升鈦酸鋰材料的倍率性能。具有優(yōu)異導電性和獨特二維納米結構的石墨烯被認為是對Li₄Ti₅O₁₂進行改性的理想材料。但是需要對Li₄Ti₅O₁₂和石墨烯的復合方式進行精確調(diào)控,以最大程度提高復合電極材料中電子和離子的傳輸速率。本論文選擇納米... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院寧波材料技術與工程研究所)浙江省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池結構與工作原理示意圖

1.3.1.2 軟碳和硬碳軟碳和硬碳由于較低的結晶度導致二者的片層不如石墨有序，如圖1.2所示。軟碳是指在 2500℃以下可以石墨化的無定形碳，屬于易石墨化的碳。軟碳材料耐過充、過放性能良好，對溶劑的相容性較好；但其電壓滯后大，沒有明顯的充放電位曲線平臺，對鋰電位較高，電池的能量密度也較低。硬碳是難以石墨化的熱解碳。與軟碳相比，硬碳負極的平臺較低，首次效率較高，能量密度也有所提升。圖 1.2 石墨、軟碳和硬碳的結構模型[7]Figure1.2 Graphite, soft carbon and hard carbon structure models1.3.1.3 碳納米管碳納米管是具有一維納米結構的碳材料，其作為電極材料存在首次庫倫效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差等問題[11]，難以直接作為鋰離子電池的負極材料。然而在其一維中空的管狀結構的內(nèi)外原位生長其他活性材料，可以明顯改善活性材料的導電性與穩(wěn)定性

1.4.1 鈦酸鋰的結構與電化學反應機理鈦酸鋰（Li4Ti5O12）按晶形劃分屬于尖晶石結構，其空間群為 Fd3m，其結構示意圖如圖 1.4 所示[64]。在該晶體結構中，O2-占據(jù) 32e 位置，Li+占據(jù) 8a 位置的四面體間隙被，Li+和 Ti4+共同占據(jù) 16d 位置的八面體間隙。在嵌鋰過程中，外界來的一個 Li+首先占據(jù) 16c 位置，三個原本處于 8a 位置的 Li+向 16c 位置進行遷移，形成嵌鋰態(tài)的巖鹽結構 Li7Ti5O12。嵌鋰后，晶胞參數(shù)由 0.836nm 變成 0.837nm，其體積變化＜0.2%，因此鈦酸鋰又被成為“零應變材料”，這種微小的變化使鈦酸鋰材料在充放電過程中結構基本保持穩(wěn)定。隨著嵌鋰的進一步深入，8a、8b 和 48f 位置也可以儲存鋰離子，Li7Ti5O12逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?Li9Ti5O12[19]，此時雖然容量有所增加，但是會破壞材料的結構，影響循環(huán)壽命[20]。充放電曲線顯示，Li4Ti5O12存在一個大約 1.55V 的平穩(wěn)充放電平臺，這表明 Li+在 Li4Ti5O12中的嵌入與脫出是一個兩相過程。同時，1.55V 的嵌鋰電位也避免了與電解液的分解，具有非常好的安全性能。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]鋰離子電池的電化學阻抗譜分析[J]. 莊全超,徐守冬,邱祥云,崔永麗,方亮,孫世剛.  化學進展. 2010(06)

博士論文
[1]石墨烯/過渡金屬氧化物復合材料制備及電化學性能研究[D]. 趙艷紅.哈爾濱工業(yè)大學 2016



本文編號：3139630