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《西南石油大学》 2019年
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Magneli亚氧化钛对锂离子电池电极材料的改性研究

徐雯  
【摘要】:磷酸铁锂(LiFePO4),尖晶石型“零应变”钛酸锂(Li4Ti5O12)是常见的锂离子电池正负极材料,具有安全、环境友好、低成本等优点;但都因其低电子离子导电率而限制了实际运用。为改善运用现状,可以引入高导电率材料、制备特殊结构的电极材料等,提升其高倍率下的充放电性能、化学稳定性等。Magneli相亚氧化钛是一系列非化学计量比的钛氧化物(Ti-O)的总称,各相结构与金红石型(Rutile)TiO2结构相似,但Magneli相的结构每隔一定层数(结构单元)会出现一定数量的氧原子缺失。由于其独特的结构,Magneli相亚氧化钛具有比TiO2更优异的化学稳定性、耐腐蚀性、导电性,因此可以发展为一种潜在的新型锂离子电池材料。主要的研究内容如下:(1)由于不同温度下碳热还原法获得不同主相的TiOx的导电率不同,以及保温时间对产物粒径的影响,将主相为Ti4O7的制备参数设定为:以TiO2为Ti源,与3.8 wt%的C混合后,在Ar气氛下加热至1075℃,保温3 h。并将不同比列(3%,5%,7%,9%)的Ti4O7作为导电剂与LiFeP04复合,以金属锂为对电极,组装成纽扣半电池进行电化学性能测试,实验结果表明,TiOx的添加有助于改善LiFePO4的倍率、循环性能,且当TiOx添加量为3%时,可使LiFePO4获得最佳的综合性能,在大倍率(10 C)下,其比容量可达40 mAh g-1左右。(2)基于液相沉积法,提出了 Ti4O7、CNTs对LiFePO4的双重改性方法,形成LiFePO4/Ti4O7/CNTs复合材料制备工艺。研究表明,CNTs、Ti4O7能有效提高LiFePO4的导电性能,且以CNTs构成的导电网络可以有效的抑制颗粒的团聚、长大,分布于导电网络中的导电颗粒Ti4O7有利于锂离子和电子的传输,使其具有较好的电化学性能。(3)通过真空抽滤法在高导电的碳纳米管、氧化还原石墨烯框架中引入LiFePO4-TiOx,Li4Ti5O12-TiOx,制备 LiFePO4-TiOx/CNTs/rGO、Li4Ti5O12-TiOx/CNTs/rGO柔性复合材料,以金属锂为对电极,组装成纽扣半电池进行电化学性能测试,实验结果表明,柔性电极具有较好的倍率、循环性能,Li4Ti5O12-TiOx/CNTs/rGO柔性电极在高倍率(30 C)循环100圈后的比容量保持有66 mAh g-1,库伦效率约为99%。
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