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《武汉理工大学》 2007年
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锂微电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)薄膜的制备及电化学性能研究

胡晨  
【摘要】: 全固态薄膜锂微电池的研究引起人们越来越广泛的兴趣。到目前为止对正极薄膜的研究成果较多,而对于负极薄膜性能的研究开展的仍然十分欠缺。因而,研制高性能、低成本的负极薄膜对开发全固态薄膜锂微电池具有非常重要的意义。目前锂离子电池广泛采用的石墨类碳负极材料不可逆容量损失较大,而且存在安全性问题。Li_4Ti_5O_(12)作为锂离子电池负极材料时不存在上述问题,并且在充放电时结构几乎不发生变化,被称为“零应变”材料,具有非常优越的循环性能,因而引起科研工作者的广泛关注。 为了获得高比容量和长循环寿命的负极薄膜,本文采用磁控溅射技术和旋涂法来制备Li_4Ti_5O_(12)薄膜;采用柠檬酸辅助溶胶-凝胶燃烧法合成了Li_4Ti_5O_(12)粉末,为磁控溅射镀膜提供靶材。因此,本文的主要研究工作为: 系统研究了热处理温度、热处理时间等因素对柠檬酸辅助溶胶—凝胶法合成的Li_4Ti_5O_(12)粉末的结构及电化学性能的影响。采用柠檬酸为络合剂和燃烧剂,用溶胶-凝胶法燃烧法制备出了单相尖晶石Li_4Ti_5O_(12)。柠檬酸可以同时络合Ti(Ⅳ)和Li~+,使反应物各元素在原子水平上混合均匀,从而降低离子在晶格重组时迁移的距离和迁移所必须的活化能,有利于降低反应温度。在750℃烧结6h的产物分散性好,平均粒度在100nm左右,产物的电化学性能优良。 采用RF磁控溅射技术沉积制备了Li_4Ti_5O_(12)薄膜。利用X-射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和电化学性能测试等多种方法对Li_4Ti_5O_(12)薄膜进行了分析和表征。系统地研究了各个沉积参数对Li_4Ti_5O_(12)薄膜性能的影响,其中主要有射频功率、气体分压比、基底温度等对Li_4Ti_5O_(12)薄膜的结构形貌和电化学性能的影响。 采用旋涂法制备了Li_4Ti_5O_(12)薄膜。结合差热—热重分析(TG/DSC),XRD,SEM,AFM等测试和电化学性能测试等手段,系统地研究了原料配比、退火温度和时间、干燥温度等工艺参数对Li_4Ti_5O_(12)薄膜的结构、形貌及电化学性能的影响。 使用交流阻抗法研究了锂离子在Li_4Ti_5O_(12)薄膜中的扩散过程。测定了锂离子在Li_4Ti_5O_(12)中脱嵌的OCV曲线及微分容量曲线,运用交流阻抗技术(EIS)测定了Li_4Ti_5O_(12)负极材料中锂离子的固相扩散系数。并对尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)材料中锂离子的扩散系数随锂离子在材料中嵌入组成的变化规律进行了探讨。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB383.2;TM912

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>复旦大学
>武汉理工大学
相关作者
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