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1、锂离子电池负极材料钛酸锂的锂离子电池负极材料钛酸锂的水热合成及其改性研究水热合成及其改性研究指导教师：滕玉洁指导教师：滕玉洁学生：学生： 张张 强强cotents课题来源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义国内外研究现状及分析国内外研究现状及分析主要研究内容及方案主要研究内容及方案进度安排，预期目标及可能遇到的困难进度安排，预期目标及可能遇到的困难前期所做的预备实验前期所做的预备实验课题来源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义能源危机能源危机图1 能源结构图图2 世界能源消费现状与趋势课题来源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义课题来
2、源及研究目的和意义课题来源及研究目的和意义锂电锂电在进行锂离子的嵌入和脱出的过程中,确保电极具有良好的可逆性能嵌入化合物在较高的电压范围内应具有良好的化学稳定性嵌入化合物应具有较好的电子电导率和离子电导率锂离子在嵌入化合物中的化学扩散系数应尽可能的大具有大量的界面结构和表观结构，有利于增加嵌锂的空间位置，提高嵌锂容量，同时又能够较好的脱出锂离子来源较广，价格便宜，对环境不产生较大污染等等国内外在该方向上的研究现状和分析国内外在该方向上的研究现状和分析锂离子电池负极材料的性能要求锂离子电池负极材料的性能要求金属锂金属锂锂合金锂合金碳材料碳材料氧化物氧化物氮化物氮化物纳米合金纳米合金举例举例LiL
3、iAl石墨石墨SnOLi3-xCoxNSn22Li5Li4.4Si理论容量理论容量(mAh/g)386099337270090010004200表1 锂离子电池负极材料研究进展国内外在该方向上的研究现状和分析国内外在该方向上的研究现状和分析锂离子负极材料的研究进展锂离子负极材料的研究进展国内外在该方向上的研究现状和分析国内外在该方向上的研究现状和分析优点优点缺点缺点低的电极电位（低的电极电位（1.0V）金属锂可能会在碳电极表面析出而形成锂金属锂可能会在碳电极表面析出而形成锂枝晶存在安全隐患枝晶存在安全隐患循环寿命长循环寿命长易形成易形成SEI膜而导致首次充放电效率低，不膜而导致首次充放电效率低
4、，不可逆容量大可逆容量大高的库伦效率高的库伦效率碳材料的电压平台较低，容易引起电解液碳材料的电压平台较低，容易引起电解液的分解的分解存在明显的电压滞后，释放能量的速度不存在明显的电压滞后，释放能量的速度不够快够快在锂离子嵌入，脱出的过程中体积变化较在锂离子嵌入，脱出的过程中体积变化较大循环稳定性差大循环稳定性差表2 碳负极材料的优缺点锂离子负极材料的研究进展锂离子负极材料的研究进展目前商品化的负极材料是碳负极材料优点优点缺点缺点在在锂离子嵌入、脱出离子嵌入、脱出过程中几乎没有体程中几乎没有体积变化被称化被称为“零零应变”材料，从而具有良好的循材料，从而具有良好的循环性能和性能和稳定的放定的放电
5、电压电子子电导率率较低低具有相具有相对较高的高的电极极电压（1.55V vs Li/Li+）避免了与）避免了与电解液解液发生反生反应而而产生的生的负极材料分解极材料分解作作为负极材料，极材料，钛酸酸锂的的电压平台平台过高，从而使高，从而使电池池对外可以外可以提供的提供的电压减小减小与碳与碳负极材料相比，极材料相比，钛酸酸锂具有具有较高的高的锂离子离子扩散系散系数，使得数，使得该负极材料可以迅速，在高倍率下多循极材料可以迅速，在高倍率下多循环充放充放电1V以上的充放以上的充放电容量小于碳容量小于碳负极材料（极材料（200400 mAh/g）钛酸酸锂的的电势比比纯的金属的金属锂高，不易高，不易产生
6、生锂枝枝晶，提晶，提高了高了电池的安全性能池的安全性能国内外在该方向上的研究现状和分析国内外在该方向上的研究现状和分析锂离子负极材料的研究进展锂离子负极材料的研究进展Li4Ti5O12充电次数更多、充电过程更快表3 Li4Ti5O12负极材料的电化学材料性能方法方法优点优点缺点缺点高温固相法高温固相法操作简便，易于操作简便，易于工业化生产工业化生产合成温度高，烧结时间长，能耗大，生产合成温度高，烧结时间长，能耗大，生产效率低，产物的粒径分布不容易控制，均效率低，产物的粒径分布不容易控制，均匀性，一致性和重现性较差。匀性，一致性和重现性较差。沉淀法沉淀法简单易行简单易行纯度低，颗粒半径大纯度低，
7、颗粒半径大溶胶凝胶法溶胶凝胶法具有具有较均匀的相均匀的相貌、貌、较窄的粒径窄的粒径分布，分布，导致其具致其具有有较好的好的电化学化学性能。性能。该方方法法通通常常都都会会引引入入大大量量有有机机化化合合物物，使使合合成成过程程变得得较为复复杂，不不适适合合于于实际应用。用。水热法水热法颗粒尺寸分布较颗粒尺寸分布较窄，颗粒表面更窄，颗粒表面更加均匀加均匀有时与容器反应有时与容器反应尖晶石型Li4Ti5O12的制备方法表4 尖晶石型Li4Ti5O12的制备方法比较 国内外在该方向上的研究现状和分析国内外在该方向上的研究现状和分析尖晶石型尖晶石型Li4Ti5O12的研究进展的研究进展尖晶石型Li4T
8、i5O12改性方法离子掺杂 掺杂改性一方面可以对材料进行体相掺杂表面修饰 Li4Ti5O12的表面修饰是在它的表面复合一层导电物质，从而提高电极材料的导电性，增强其大电流的充放电性能。 Li4Ti5O12 /氧化物复合材料 综合Li4Ti5O12循环稳定性好和氧化物放电稳定性高等优点，采用复合的思想将两种物质进行复合以期得到性能优良的复合材料。（2）表面修饰国内外在该方向上的研究现状和分析国内外在该方向上的研究现状和分析尖晶石型尖晶石型Li4Ti5O12的研究进展的研究进展水热法制备的尖晶石型Li4Ti5O12粉末的充放电性能和其形貌特征的研究 通过水热法制备Li4Ti5O12/ZnO复合材料
9、并确定其最佳的合成条件以获得充放电容量更高的产物在Li4Ti5O12/ZnO复合材料的基础上就Li4Ti5O12倍率较低的情况进行碳包覆，拟将采用淀粉为碳源以获得性能更加优良的负极材料主要研究内容及方案主要研究内容及方案研究内容研究内容180、12h水水热热80水浴水浴钛酸四丁酯和氢氧化锂的水溶液钛酸四丁酯和氢氧化锂的水溶液白色白色样品样品Li4Ti5O12前前驱驱体体目目标产标产物物Li4Ti5O12研磨研磨700、5h烧结烧结主要研究内容及方案主要研究内容及方案研究方案研究方案2012年3月2012年4月： 查阅相关课题的最新文献确定研究目的及方向；用水热法合成的纯相Li4Ti5O12材料
10、，并对其进行结构及性能测试。2012年4 月2012年5月：对 Li4Ti5O12材料进行以ZnCl2作为Zn源的复合材料的合成，也对合成的材料进行结构及性能测试2012年5月2012年6月：对Li4Ti5O12/ZnO复合材料进行碳包覆。认真整理实验数据，并对复合材料的提高机制进行一定的探索。2012年6月：对前期的工作进行分析总结，撰写毕业设计论文。进度安排预期目标及可能遇到的困难进度安排预期目标及可能遇到的困难1进度安排进度安排找到最佳的Zn源复合量和复合时的水热条件以及烧结条件；在得到Li4Ti5O12/ZnO复合材料的同时进行淀粉的包覆改性并最终得到最佳的包覆量和水热包覆条件。2预期
11、目标预期目标进度安排预期目标及可能遇到的困难进度安排预期目标及可能遇到的困难可能遇到的困难可能遇到的困难解决措施解决措施水热制备水热制备Li4Ti5O12/ZnO复合材料前复合材料前驱驱体时体时不能保证材料的均匀性，可能会造成材料性不能保证材料的均匀性，可能会造成材料性能的不稳定。能的不稳定。通过通过TEM及及SEM测测试试表征表征来得到准确的来得到准确的微球粒径，微球粒径，改进合成改进合成条件条件3可能遇到的困难及解决措施可能遇到的困难及解决措施进度安排预期目标及可能遇到的困难进度安排预期目标及可能遇到的困难为完成课题已具备和所需的条件和经费实验室拥有七台新威电化学测试系统和实验所需的手套箱，真空干燥箱，鼓风干燥箱，球磨机，封口机等及充足的实验药品阅读了相关文献，并能根据实验进展查阅相关文献，对水热法制备纯相的条件进行了一定程度的摸索，并得到了结晶度很好的Li4Ti5O12材料。经费充足前期所做的前期所做的预备实验谢谢观赏WPSWPS OfficeOfficeMake Presentation much more funWPS官方微博kingsoftwps
