高比容量鋰離子電池用鈦酸鋰負(fù)極材料的制備研究.pdf

1、石墨是商用鋰離子電池負(fù)極的主要材料，其理論容量為372mAh/g。由于該類(lèi)材料循環(huán)穩(wěn)定性較差、能量密度較低，不能滿(mǎn)足人們對(duì)大比容量?jī)?chǔ)能設(shè)備的要求；而且在高倍率和過(guò)充情況下形成的鋰枝晶容易刺破隔膜，造成電池短路而發(fā)生爆炸，存在較大的安全隱患。因此開(kāi)發(fā)出安全性高、能量密度大、倍率性能好、循環(huán)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)的鋰離子電池是非常必要的。尖晶石型鈦酸鋰被稱(chēng)為“零應(yīng)變”材料，并且具有非常平穩(wěn)的充放電平臺(tái)，被認(rèn)為是一種理想的負(fù)極材料；硅具有非常高

2、的理論比容量，是取代石墨作為大容量負(fù)極材料的理想替代材料之一。為提高材料的電化學(xué)性能，本文以納米化與復(fù)合材料新型結(jié)構(gòu)復(fù)合為出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)的研究水熱法合成納米鈦酸鋰的影響因素，并采用化學(xué)氣相沉積法制備硅碳復(fù)合納米管陣列。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴靜態(tài)水熱法合成鈦酸鋰納米顆粒及其性能表征。結(jié)果表明，鈦鋰源比例、pH、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、煅燒溫度等因素對(duì)鈦酸鋰的合成有影響作用。其中，煅燒溫度對(duì)鈦酸鋰的合成影響作用最大。在800oC熱處理

3、后得到的鈦酸鋰粒徑均一、結(jié)晶度高、純度高；經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后庫(kù)倫效率幾乎為100％，每次容量衰減率小于0.35％，具有較好的容量保持率。通過(guò)對(duì)粒徑的控制與分析，該方法合成鈦酸鋰的機(jī)理是原位置換反應(yīng)。⑵動(dòng)態(tài)水熱法合成鈦酸鋰納米管。在靜態(tài)水熱法的基礎(chǔ)上，加入磁攪拌驅(qū)動(dòng)力，來(lái)合成大比表面積長(zhǎng)鈦酸鋰納米管。該材料具有較高的電化學(xué)反應(yīng)活性，在0.5C電流密度下，首次放電比容量達(dá)到173.1 mAh/g；在5C電流密度時(shí)容量仍保持為135 mAh/

4、g，具有較好的倍率性能；經(jīng)過(guò)100個(gè)循環(huán)后容量仍為166.8 mAh/g，庫(kù)倫效率在10個(gè)循環(huán)后保持穩(wěn)定并接近100％。⑶采用化學(xué)氣相沉積法合成硅碳納米管并與鈦酸鋰復(fù)合。以陽(yáng)極氧化鋁為模板，化學(xué)氣相沉積法合成硅碳復(fù)合納米管陣列，通過(guò)調(diào)控硅碳源比例，調(diào)節(jié)管徑和壁厚可控的納米管陣列。復(fù)合納米管外側(cè)碳傳輸電荷，內(nèi)側(cè)的空隙緩沖硅體積膨脹，提高電池的循環(huán)性能和穩(wěn)定性。在0.5C時(shí)首放比容量為1700mAh/g，達(dá)到理論比容量，50次循環(huán)后比容量仍