溶胶凝胶法制备纳米级纯相钛酸锂材料

摘要

钛酸锂（Li4Ti5O12）由于其零应变性能，是有很好应用前景的锂离子电池负极材料。高比表面积及小尺寸有利于锂离子的有效脱嵌。但是传统的制备方法很难得到纳米级纯相钛酸锂。这是由于传统的方法需要长的烧结时间和高的烧结温度，导致晶粒严重长大。最近的研究表明，电极材料的表面结构对其电化学性能至关重要。本文的目的就是通过加入合适的添加物优化溶胶凝聚过程，减少烧结时间，降低烧结温度，来制备纳米尺寸的钛酸锂纯相粉体。
　　实验中设计了两种不同的溶胶凝胶方法。在方案1中，我们使用钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）和醋酸锂（LiCH3COO·2H2O）作前驱体，Li和Ti的摩尔比例为4：5，以正庚烷（CH3(CH2)5CH3）和无水乙醇（C2H5OH）为溶剂。第二种方案以异丙醇((CH3)2CHOH)为溶剂，加入表面活性剂P123{(EO)20(PO)70(EO)20}和水解抑制剂醋酸(CH3COOH)。得到了粒度分布均匀，分散性良好的的纳米粉体。
　　SEM、TGA-DSC、FT-IR、Raman等仪器被用来分析表征其表面形貌及结构，研究其合成机理。用恒流放电测试仪测试了其电化学性能。
　　对其机理的研究表明在溶胶凝胶过程形成了Li-Ti-O-C络合物。在Li4Ti5O12的形成过程中发生了一些副反应或中间反应。例如，高于600℃时，发生了由锐钛矿相到金红石相的结构转变，富锂相Li2TiO3作为中间相出现；在675℃左右发生了反应：2Li2TiO3+3TiO2=Li4Ti5O12。800℃下长时间烧结后（≥15h）这个反应完成，可以得到Li4Ti5O12纯相，但是其晶粒粗大且团聚严重。
　　电化学测试表明，同一倍率下Li4Ti5O12的容量保持性良好。但从低倍率升到高倍率时，其容量衰减严重。
　　通过改进后的溶胶凝胶法制备的Li4Ti5O12前驱体在750℃下烧结2h，可得到了粒度分布均匀，分散性良好的纯相Li4Ti5O12纳米粉体。

目录

溶胶凝胶法制备纳米级纯相钛酸锂材料

PROCESSING PHASE PURE NANOSIZE LITHIUM TITANATE BY SOL-GEL METHOD

摘 要

ABSTRACT

ACKNOWLEDGEMENTS

CONTENTS

LIST OF FIGURES

LIST OF TABLES

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1 Introduction

1.2 History of Lithium ion battery

1.2.1 Definition of Battery

1.2.2 Primacy lithium battery

1.2.3 Rechargeable lithium battery

1.3 Features of lithium ion rechargeable battery

1.4 Materials for lithium ion rechargeable battery

1.4.1 Cathode materials

1.4.2 Anode materials

1.4.3 Li4Ti5O12 anode material

1.5 Objects and significance of the project research

CHAPTER 2 EXPERIMENTAL METHODS

2.1 Raw materials

2.2 Materials synthesis

2.2.1 Sol-gel method

2.3 Materials Characterization

2.3.1 Structural characterization

2.3.2 Chemical characterization

CHAPTER 3 RESULTS AND DISCUSSION

3.1 Introduction

Part Ⅰ

3.2 Preparation of Samples by method 1

3.3 Thermal analysis

3.4 The influential factors of grain size and phase composition

3.4.1 Calcinations temperature

3.4.2 Calcination time

3.4.3 Atmosphere

3.4.4 Reaction mechanism

3.5 Electrochemical measurements

Part Ⅱ

3.6 New Li4Ti5O12 synthesis method

CHAPTER 4 CONCLUSION

4.2 Future work

4.1 Conclusion

REFERENCES

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书