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《中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)》 2018年
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钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能研究

张利辉  
【摘要】:钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池负极材料,与石墨等碳电极材料相比具有热稳定性好、安全性能高和循环寿命长等优点,被认为是一种极具发展潜力的动力型锂离子电池负极材料。但是Li4Ti5O12固有的电子导电率较低(10-13 S cm-2),导致其在大电流充放电条件下容量衰减快和倍率性能较差,限制了其规模化应用。为解决Li4Ti5O12材料在实际应用中容量衰减快和倍率性能差等问题,本论文采用球磨法和砂磨法两种方法制备钛酸锂/石墨烯复合负极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)等表征手段研究其结构和形貌的变化,采用蓝电电池测试系统和电化学工作站测试其电化学性能,具体研究结果如下:采用两步球磨法,分别制备 Li4Ti5O12/graphene(LTO-G)和 Li4Ti5O12/N-doped graphene(LTO-NG)复合材料。相比添加石墨烯而言,氮掺杂的石墨烯能够提供更多的自由电子,提高LTO-NG样品的电子导电性,对比纯相Li4Ti5O12、LTO-G和LTO-NG,LTO-NG具有较好的倍率性能及循环稳定性,在0.2C、0.5C、1C、3C、5C、10C 和 20C 倍率下充电比容量依次为 164、161.5、157.9、144.6、127.8、104.4和80.5 mAh g-1,5C倍率下循环200次后的容量保持率为92%。通过CV测试和计算,表明LTO-NG样品具有最小的极化程度和最大锂离子扩散系数(5.76×10-10 cm2 s-1)。采用一步球磨及喷雾干燥相结合的方法,制备了球形的不同石墨烯添加量的Li4Ti5O12/graphene复合材料,当石墨烯添加量为1wt.%时,Li4Ti5O12/graphene复合材料(LTO-G-2)具有优异的倍率性能及循环稳定性。LTO-G-2样品在0.2C、0.5C、1C、3C、5C 和 10C 倍率下的充电比容量为 172.9、165.7、163.5、157.4、154.0和143.5 mAh g-1,5C倍率下循环200次后,容量保持率为94.8%。CV实验结果表明LTO-G-2样品具有最小的极化程度,阻抗测试结果也表明LTO-G-2样品的电荷转移阻抗Rct(69.6Ω)是最小的。采用一步砂磨法,制备了不同石墨烯添加量的Li4Ti5O12/graphene复合材料,当石墨烯添加量为0.93wt.%时,Li4Ti5O12/graphene复合材料(GLTO-2)具有优异的倍率性能及循环稳定性。GLTO-2样品在0.2C、0.5C、1C、3C、5C、10C、15C、20C 和 30C 倍率下的充电比容量为 175.2、175.8、71.9、167.9、166.4、164.1、161.4、159.4和150.8 mAhg-1,10C倍率下循环900次后,容量保持率为89.4%,5C倍率下循环2000次后,容量保持率仍有80.2%。CV实验结果表明GLTO-2样品具有最小的极化程度和最大的锂离子扩散系数(1.04 × 10-9 cm2 s-1),同时,阻抗测试结果也表明GLTO-2样品的电荷转移阻抗Rct(47.3 Ω)是最小的。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM912;TB332

【参考文献】
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1 张明;张宝;吴燕妮;;石墨烯/钛酸锂复合材料制备研究[J];稀有金属材料与工程;2015年08期
2 王艳菊;乔庆东;李琪;韩江燕;;锂离子电池正极材料研究的进展[J];化工科技;2014年05期
3 刘璐;王红蕾;张志刚;;锂离子电池的工作原理及其主要材料[J];科技信息;2009年23期
4 赵灵智;;锂离子电池概述及负极材料研究进展[J];广东化工;2009年05期
5 许江枫;李建玲;李文生;王新东;;电极活性材料Li_4Ti_5O_(12)的制备及其主要影响因素[J];无机材料学报;2007年05期
6 姚经文;吴锋;;锂离子电池负极材料Li_(4-x)Mg_xTi_5O_(12)的制备及性能研究[J];功能材料;2007年08期
7 何则强;刘文萍;熊利芝;陈上;吴显明;樊绍兵;;锂离子电池用Li_4Ti_5O_(12)-碳复合材料的制备与电化学性能[J];无机化学学报;2007年04期
8 张永刚;王成扬;闫裴;;低温CoCl_2催化热处理中间相炭微球用作锂离子电池负极材料[J];新型炭材料;2007年01期
9 李昌明;张仁元;李伟善;;硅材料在锂离子电池中的应用研究进展[J];材料导报;2006年09期
10 颜剑;苏玉长;苏继桃;卢普涛;;锂离子电池负极材料的研究进展[J];电池工业;2006年04期
【共引文献】
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1 李南;任婕;章冬云;马紫峰;;Li_3Ti_4CrMO_(12)负极材料制备及其电化学性能[J];上海应用技术学院学报(自然科学版);2015年04期
2 马婷;粟智;;棉籽基炭材料的制备及其电化学性能研究[J];东北师大学报(自然科学版);2015年04期
3 庞守德;樊小华;陈雷;费又庆;;用热重分析仪研究沥青中间相的形成[J];化工新型材料;2015年09期
4 赖辛;陈宪宏;万隆;赵小霞;杜亚平;曾跃辉;;Fe_3O_4-石墨烯复合材料的制备及其在锂离子电池中的应用[J];湘潭大学自然科学学报;2015年03期
5 孟瑞晋;侯宏英;刘显茜;刘松;段继祥;;银掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及其锂电性能[J];人工晶体学报;2015年08期
6 杨斌;阮殿波;傅冠生;陈照荣;王成扬;;钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极材料的研究进展[J];材料导报;2015年S1期
7 黄锋涛;;26650型锂离子电池的研制[J];电池工业;2014年Z1期
8 房子魁;袁静;郝国栋;朱彦荣;伊廷锋;;尖晶石Li_4Ti_5O_(12)负极材料表面改性研究进展[J];电池工业;2014年04期
9 周雄;张枝风;陈丽君;罗广;何斌鸿;;石墨烯包覆SnO_2空心球的制备及其锂离子电池负极性能[J];湖南理工学院学报(自然科学版);2014年02期
10 刘旭;杨续来;;锂离子电池中炭负极的表征手段[J];电池工业;2014年02期
【二级参考文献】
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1 刘春娜;;储能电池技术前景[J];电源技术;2012年11期
2 熊训辉;王志兴;伍凌;李新海;吴飞翔;郭华军;彭文杰;;Al掺杂对Li_4Ti_5O_(12)结构及性能的影响[J];中国有色金属学报;2011年09期
3 宋月丽;李晶;彭汝芳;楚士晋;;正极材料LiFePO_4/C的制备与性能[J];电池工业;2011年03期
4 ;磷酸铁锂渐成锂离子电池材料发展主流[J];新材料产业;2008年11期
5 高剑;应皆荣;姜长印;杨改;万春荣;;球形Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料的制备及其性能研究[J];稀有金属材料与工程;2008年S4期
6 李昌明;赵灵智;张仁元;李伟善;胡社军;;锂离子电池锡基负极材料的研究进展[J];有色金属;2008年03期
7 谭春林;吕东升;李伟善;许梦清;周代营;胡社军;;电沉积锡镍合金作为锂离子电池负极的研究[J];稀有金属材料与工程;2008年03期
8 张宾;林成涛;陈全世;;电动汽车用LiFePO_4/C锂离子蓄电池性能[J];电源技术;2008年02期
9 徐学笛;;化学电源的发展及展望[J];化学工程与装备;2008年02期
10 赵灵智;胡社军;李伟善;李黎明;;真空气相沉积法制备LiFePO_4薄膜的研究进展[J];广东化工;2007年10期
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8 ;年产100吨石墨烯粉体生产线在常州投运[J];中国粉体工业;2013年06期
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10 ;石墨烯行业发展部署启动 鼓励各省成立独立联盟[J];中国粉体工业;2013年06期
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8 王荧;郭航;李娟;;石墨烯制备及其应用安全[A];《环境工程》2018年全国学术年会论文集(中册)[C];2018年
9 张艾蕊;查鹏飞;王晓康;范冰奇;王梅玲;王海;;微波氧燃烧-高分辨电感耦合等离子体质谱法测定石墨烯中硫[A];第三届全国质谱分析学术报告会摘要集-分会场6:无机质谱[C];2017年
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1 本报记者 王彦彬;石墨烯将怎样改变通信?[N];通信产业报;2016年
2 艾班;石墨烯生物材料制备成功[N];中国化工报;2014年
3 记者 姜小毛;首个纯石墨烯粉末产品诞生[N];中国化工报;2013年
4 刘平昌 唐娟;国内首条石墨烯薄膜生产线投产[N];中国化工报;2013年
5 记者 李东周;石墨烯产业技术创新联盟成立[N];中国化工报;2013年
6 特约记者 姚耀富;江苏成立石墨烯产业创新联盟[N];中国化工报;2013年
7 朱永康;全球石墨烯市场高速增长[N];中国化工报;2013年
8 记者 李东周 通讯员 张华生;全球最大规模石墨烯生产线投产[N];中国化工报;2014年
9 郭桦;爱尔兰开发石墨烯生产新方法[N];中国化工报;2014年
10 一凡;石墨烯时代不再遥远[N];中国化工报;2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘玉杰;新型石墨烯异质结构光电性能研究[D];南京大学;2018年
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6 张雪芳;掺氮改性石墨烯的制备及其电化学性能研究[D];湖南大学;2018年
7 杨凤新;球磨法宏量制备边缘羧基化石墨烯研究[D];北京化工大学;2018年
8 冯林飞;功能化修饰石墨烯/聚苯胺复合涂层的辐照结构损伤与性能研究[D];南京航空航天大学;2018年
9 李丹丹;Ni-W-B/石墨烯复合镀层制备及其形成机制研究[D];山东建筑大学;2018年
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