本文選題：鈦酸鋰 + 二氧化鈦�。� 參考：《吉林大學》2017年碩士論文

【摘要】：目前,中國經濟的快速發(fā)展很大程度上依賴化石燃料的消耗。然而,化石燃料的過度使用導致了諸如全球變暖和空氣污染等環(huán)境問題�；剂蠈儆诓豢稍偕茉�,尋找清潔和可再生能源,以解決化石燃料帶來的環(huán)境問題和確�？沙掷m(xù)發(fā)展迫在眉睫。以鋰離子電池提供動力的電動汽車具有替代傳統(tǒng)內燃機,減少溫室氣體排放的潛力。鋰離子電池具有循環(huán)壽命長和能量轉化效率高等優(yōu)勢,在消費類電子設備、工業(yè)儲能設備和電動汽車領域扮演重要角色。在追求電池高能量密度、高功率密度和長循環(huán)壽命等性能的同時,提高其安全性不可忽視。作為鋰離子電池負極材料,鈦酸鋰(Li_4Ti_5O_(12))在1.55 V的嵌鋰電位可以避免SEI膜形成和鋰枝晶生長。同時,Li_4Ti_5O_(12)性質穩(wěn)定,適用廣泛;還具有價格低廉、環(huán)保友好等特點。但是,Li_4Ti_5O_(12)的鋰離子擴散系數(shù)和電導率較低,限制了其倍率性能。構造納米尺度的Li_4Ti_5O_(12)縮短電子和鋰離子擴散距離并使用非碳材料進行復合提高電導率和鋰離子擴散速率是一種非常有效的提高材料倍率性能手段。本文以提高Li_4Ti_5O_(12)的倍率性能為出發(fā)點,以納米化為手段對Li_4Ti_5O_(12)材料進行研究。(1)使用溶膠凝膠法,以乙酸為絡合劑制備Li_4Ti_5O_(12)納米顆粒。在保持高物相純度、良好結晶性的同時,通過絡合劑延緩反應時間,使反應在分子級別進行,將樣品粒徑控制在40~60 nm。在電化學性能方面,絡合劑的使用降低顆粒尺寸,進而利于鋰離子和電子傳輸,提升Li_4Ti_5O_(12)的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。0.1 C倍率下比容量為168 m Ah g-1,1 C倍率下循環(huán)100圈后容量為120.5 m Ah g-1。(2)使用水熱法制備尺度在200~300 nm,厚度為30 nm的純相Li_4Ti_5O_(12)納米片;解釋納米片的形核長大機制;探究不同煅燒溫度對Li_4Ti_5O_(12)納米片形貌和電化學性能的影響。在600°C煅燒6 h得到的Li_4Ti_5O_(12)納米片不僅結晶度高,同時形貌均勻,擁有最高的比容量和最佳倍率性能。這種分散、獨立的納米薄片結構縮短了鋰離子和電子擴散路徑,利于其快速傳輸。(3)以尿素為添加劑使用改進水熱法制備尺寸范圍在100~300 nm,具有八面體結構的純相Li_4Ti_5O_(12)顆粒。XRD測試和FESEM表征表明添加質量比為5%的尿素能夠促進形成物相純度高、結晶性良好和粒徑均勻的Li_4Ti_5O_(12)八面體,同時還會抑制顆粒的團聚現(xiàn)象。(4)以簡單和廉價的水熱法合成超薄Li_4Ti_5O_(12)和TiO_2條帶交替組成的雙相納米片,闡釋雙相材料形成機制。通過精確控制原料中鋰和鈦的比例,調控條帶寬度;探究不同配比對材料晶體結構、形貌、比表面積和電化學性能的影響。TiO_2條帶在雙相Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2納米片中充當通道作用,讓電子和鋰離子快速嵌入脫出Li_4Ti_5O_(12)能力,提升了導電率和鋰離子擴散速率。這一方法為制造新一代非碳高安全和高倍率性能的負極材料提供了可能。
[Abstract]:At present, China's rapid economic growth largely depends on fossil fuel consumption. However, excessive use of fossil fuels has led to environmental problems such as global warming and air pollution. Fossil fuels are non-renewable energy, so it is urgent to find clean and renewable energy to solve the environmental problems caused by fossil fuels and to ensure sustainable development. Electric vehicles powered by lithium-ion batteries have the potential to replace conventional internal combustion engines and reduce greenhouse gas emissions. Li-ion batteries have the advantages of long cycle life and high energy conversion efficiency, and play an important role in consumer electronics, industrial energy storage equipment and electric vehicles. While pursuing the performance of high energy density, high power density and long cycle life, it can not be ignored to improve its safety. As a cathode material for lithium-ion batteries, lithium titanate Li4TiTi5O-1) at 1.55 V lithium intercalation potential can avoid SEI film formation and lithium dendrite growth. At the same time, Li4Ti5OCoC has a stable nature and wide application. It also has the characteristics of low price, friendly environment and so on. However, the low lithium ion diffusion coefficient and conductivity of Li4Ti5O\'s\? It is a very effective means to improve the performance of materials by shortening the electron and lithium ion diffusion distances and using non-carbon materials to compound to improve the conductivity and the diffusion rate of lithium ions. In this paper, with the aim of improving the performance of the Li _ 4Ti _ 5O _ O _ (12) as a starting point, and by means of nanocrystalline, we have studied the Li4Ti5O _ (12) _ () material. While maintaining high phase purity and good crystallinity, the reaction time was delayed by the complex agent, and the reaction was carried out at the molecular level, and the particle size of the sample was controlled at 4060 nm. In terms of electrochemical properties, the use of complexing agents reduces particle size and facilitates lithium ion and electron transport. The specific capacity at 0.1 C ratio is 168m Ah g-1C ratio, and the capacity is 120.5 mAh g-1.2C) the pure phase Li4Ti5OOC12 nanocrystalline is prepared by hydrothermal method with the scale of 200nmt and thickness of 30nm. The specific capacity is 168mAh g-1C ratio and the specific capacity is 168mAh g-1C ratio. The mechanism of nucleation and growth was explained, and the effects of different calcination temperatures on the morphology and electrochemical properties of Likes _ 4Ti _ 5O _ s _ (12) nanoparticles were investigated. Li _ 4Ti _ 5O _ 2O _ (12) nanochips calcined at 600 擄C for 6 h not only have high crystallinity, but also have uniform morphology, the highest specific capacity and the best rate performance. This dispersed, independent nanoscale structure shortens the lithium ion and electron diffusion pathways, The results of XRD and FESEM analysis showed that urea with a mass ratio of 5% could promote the purity of the formed phase, and the size range was 100 ~ 300nm, and the pure phase Li _ 4Ti _ 5O _ 2O _ (12) with octahedron structure could be prepared by the modified hydrothermal method. LiS _ 4Ti _ 5O _ O _ (12) octahedron with good crystallinity and uniform particle size can also inhibit the agglomeration of the particles. (4) Ultra-thin Li4Ti5O / S _ 12) and TIO _ (2) alternate biphasic nanochips are synthesized by a simple and cheap hydrothermal method to explain the formation mechanism of the biphasic materials. By accurately controlling the ratio of lithium to titanium in the raw material, adjusting the strip width, and exploring the effects of different ratios on the crystal structure, morphology, specific surface area and electrochemical properties of the material. The ability to rapidly embed electrons and lithium ions out of Li4Ti5O\ This method makes it possible to fabricate a new generation of non-carbon high-safety and high-rate negative materials.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM912;TB383.1

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本文編號：2041935