【优秀硕士博士论文】钛酸锂负极材料的电化学性能研究与改善

,钛酸锂负极材料的电化学性能研究与改善,答辩内容,背景介绍,对于化石能源的大量消耗以及带来严重的环境污染问题,寻找清洁的能源已经成为了经济可持续发展的关键条件,锂离子电池能量密度高、对环境无污染,锂离子电池工作原理,使用石墨作为负极的缺点：在嵌锂的过程中，由于石墨的层间距较大，容易发生锂离子与电解液溶剂在石墨层间的共同插入，造成体积膨胀，影响使用寿命。 由于石墨自身高度取向的层状结构，使得锂离子插入的方向性单一，在大电流放电情况下性能较差。,Li4Ti5O12材料简介,1.不易形成SEI膜，安全性好2.充放电过程体积膨胀很小， 循环性能好,优点,缺点,1.电压平台高（1.55V），理 论容量(175mAh/g)较低2.电子电导率（10-9 S/cm）， 锂离子扩散系数（10-8 cm2/s）， 倍率性能不好,Li4Ti5O12材料的改性,改性目的,提高材料的倍率性能,1.提高电子导电率： 碳包覆、高导电金属粒子包 覆、掺杂等,2.提高锂离子传导率： 将材料纳米化,J. Lim, E. Choi, J. Kim. J. Electrochem. Soc.,2011, 158,(3), A275-A281,J. Lim, E. Choi, J. Kim. J. Electrochem. Soc.,2011, 158,(3), A275-A281,1 H.G. Jung, S.T. Myung, Y.K. Sun. Energy Environ. Sci., 2011, 4, 1345.2 B. H. Li, C. P. Han, Y. B. He, C. Yang, H.D. Du, Q. H. Yang, F. Y. Kang, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9595.,合成过程中容易产生杂质相,1 G.J. Wang, J. Gao, L.J. Fu, N.H. Zhao, Y.P. Wua, T. Takamura, J. Power Sources 2007, 174, 1109.2 Y. J. Hao, Q. Y. Lai, Z. H. Xu, X. Q. Liu, X. Y. Ji, Solid State Ionics 2005, 176, 1201.3 L. F. Shen, C. Z. Yuan, H.J. Luo, X. G. Zhang, K. Xua, Y.Y. Xia, J. Mater. Chem 2010, 20, 6998.4 C. Lai, Y.Y. Dou, X. Li, X.P. Gao, J. Power Sources 2010, 195, 3676.,研究设想与思路,如何合成高性能Li4Ti5O12材料： 探索新的合成方法如何合成高纯度Li4Ti5O12材料： 严格控制Li/Ti的配比等条件,优化合成方法,高温固相法,溶胶-凝胶法,水热法,1.合成温度2.原料Li/Ti配比 材料纯度3.混料方法4.锂源的选择 电化学性能,高温固相法,1.合成温度2.原料Li/Ti配比,1.合成温度2.原料Li/Ti配比,溶胶-凝胶法,水热法,具体优化参数,进一步进行修饰,碳包覆：选用不同的碳源和碳化温度进行不同的碳包覆量,制备纳米材料，尽量减少材料尺寸，增大材料比表面积,进行金属掺杂来改变晶格结构,拟解决的关键问题,研究能够合成纯相钛酸