钛酸锂电极材料的液相制备及性能研究

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锂离子电池因具有高功率、高能量密度、寿命长、安全性好等优点,不仅在小型储能产品市场上占据绝对优势,也正逐步走向电动汽车、智能电网等大型储能领域,这也对锂离子电池的功率及安全性能提出更高的要求,同时亟需探求性能更优的电极材料。钛酸锂负极材料凭借优异的循环性和可靠的安全性而备受关注。论文采用液相法合成了性能优越的钛酸锂材料,并引入石墨烯和银-石墨烯材料对钛酸锂进行复合改性,使其在容量和大倍率性能上都有了较大改善。取得的主要成果如下:1.采用液相法成功制备了钛酸锂负极材料,并探究了锂的用量、煅烧温度及氢氧化锂浓度等因素对合成材料性能的影响。得出最佳工艺条件为:锂摩尔比过量12%,煅烧温度700℃, LiOH浓度4mol/L。此条件下制备的钛酸锂材料颗粒细小均匀,放电比容量达167mAh/g,接近理论比容量175mAh/g,且此液相法操作简单、耗时短、耗能少。2.引入高导电相石墨烯与钛酸锂复合制得了钛酸锂/石墨烯复合材料,改善了钛酸锂低容量、低电导的缺陷;并探究了石墨烯的氧化还原法制备及石墨烯含量、还原剂种类等因素对合成钛酸锂/石墨烯复合材料性能的影响;还研究了乙醇溶剂热还原下制备的复合材料的性能及作用机理。实验结果表明石墨烯的加入有效地改善了钛酸锂材料的电化学性能,使其首次放电比容量达184mAh/g,50次循环后仍保持158mAh/g;在5C下放电容量也达到102mAh/g,比纯相钛酸锂高出22mAh/go3.在钛酸锂/石墨烯复合材料的基础上引入Ag纳米粒子,阻止了石墨烯片层间的进一步堆叠,同时银良好的导电性也有助于改善钛酸锂的大电流充放电性能。实验探究了Ag的用量、还原剂种类及NaOH等因素对合成材料性能的影响,由实验结果得知:在NaOH碱性条件下葡萄糖还原制备的3wt%AgNO3的钛酸锂/银-石墨烯复合材料性能最佳,首次放电比容量达207mAh/g,在5C下放电比容量仍达到126mAh/g。
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