学士论文钛酸锂负极材料的研制

I本科生毕业论文(设计)题目：钛酸锂负极材料的研制学生姓名：胡颖聪学号：200912020227专业班级：应用化学指导教师：黄小兵完成时间：II摘要锂电池以其能量密度高、价格低、自放电小、无污染和无记忆效应等优点，在商业上获得了巨大的成功，并在实际中得到了广泛的应用。钛酸锂是一种理想的嵌入型电极材料，具有充电次数多、充电过程快、安全等特性，使其成为了研究新型锂离子电池负极材料的热点。本文采用固相法制备Li4Ti5O12材料，考查了传统固相法制备钛酸锂的工艺条件的影响，锂源的选择与合成氛围对钛酸锂电化学性能的影响还有烧结温度和烧结时间对其影响。关键词：钛酸锂（Li4Ti5O12）锂离子电池负极材料电化学性能固相法IIIAbstractLithiumbatteries,withitshighenergydensity,lowprice,lowself-discharge,nopollutionandnomemoryeffect,etc.,hasgainedahugecommercialsuccess,andhasbeenwidelyusedinpractice.Lithiumtitanatehasadvantagesinreversibility,kineticofcharge-dischargeprocessandsafetyperformance,andbecomesthehotspotofresearchinanodematerial.Li4Ti5O12materialsispreparedbysolidphasemethodinthispaper,andthepaperexaminestheinfluenceoftraditionalsolidphasemethodofthelithiumtitanateprocessconditions,theinfluenceoflithiumsourceselectionandtheatmosphereofsynthesisontheelectrochemicalperformanceoflithiumtitanate,andtheinfluenceofsinteringtemperatureandsinteringtimeonit.Keywords:Lithiumtitanate；Lithiumionbattery；Anodematerial；Electrochemicalproperties;Solid-phasemethodIV目录第一章绪论......................................................................................................................11.1引言........................................................................................................................11.2锂电池的发展历程................................................................................................11.3锂离子电池结构和工作特点................................................................................21.3.1锂离子电池的结构......................................................................................21.3.2锂电池工作特点..........................................................................................41.4锂电池的电解液体系与隔膜................................................................................51.4.1电解质...........................................................................................................51.4.2隔膜..............................................................................................................51.5锂电池负极材料应满足的要求............................................................................51.6钛酸锂的结构与性能............................................................................................61.6.1钛酸锂的结构特点......................................................................................61.6.2钛酸锂负极材料的性能..............................................................................71.7固相法制备钛酸锂及特点....................................................................................71.8选题的依据及本课题要解决的问题....................................................................8第二章实验部分..............................................................................................................92.1主要仪器与设备....................................................................................................92.2实验试剂与原料....................................................................................................92.3Li4Ti5O12的制备方法........................................................................................102.4极片的制备及电化学性能测试..........................................................................10第三章固相法制备钛酸锂实验结果与讨论................................................................113.1锂源选择的影响..................................................................................................113.2煅烧温度的影响..................................................................................................123.3煅烧时的影响......................................................................................................133.4煅烧氛围的影响..................................................................................................14第四章结论..................................................................................................................15参考文献............................................................................................................................16致谢....................................................................................................................................191第一章绪论1.1引言随着科学技术和信息技术的发展，尤其是移动通讯、笔记本电脑、摄像机等便携式电子产品的的迅速发展，人们对电池的小型化、轻型化、高功率、高能量、使用寿命和环境友好程度，提出了越来越高的要求。而传统的铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池等，因使用寿命短，能量密度较低以及环境污染等问题大大地限制了它们的使用。因此需要寻找替代传统铅酸电池和镍—镉电池的可充电电池，开发无毒无污染的电极材料、电解液和电池隔膜以及对环境无污染的电池是目前电池行业首要任务。而锂离子电池的优点使其成为有力的候选者[1]。与传统的二次电池相比，作为“绿色电池”锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度高、功率密度大、自放电率低、循环寿命长、无污染、无记忆效应等独特优势，得到了市场肯定与应用发展。锂离子电池现已广泛应用于便携式移动数码设备等，并积极地向电动交通工具、国防工业、空间技术等领域发展，尤其是随着国内外对电动汽车和混合动力车大力推进，锂离子二次电池规模化发展必将迎来新的高潮。1.2锂电池的发展历程锂离子电池的研究最早始于20世纪60～70年代的石油危机。锂离子电池是在锂一次电池基础上发展起来的新型高能电池。对锂离子电池的研究始于20世纪80年代，在90年代得到迅速发展和应用[2-3]。以金属锂为负极的锂一次电池、二次电池在充电的时候，由于金属锂电极表面的不均匀造成表面电位分布不均匀，造成锂不均匀沉积，这样导致锂在一部分沉过快，产生枝晶。枝晶生长到一定程度时，一方面会折断产生“死锂”，造成锂的不可逆；另一方面枝晶可能穿破隔膜造成短路，产生严重的锂电池安全问题。为了消除2锂枝晶的生成，解决锂二次电池的安全问题，1980年，Armand首次提出“摇椅电池”的构想[4]，即用低插锂电位的层间化合物替代金属锂负极，配置以高插锂电位的插锂化合物做正极极，组成没有金属锂的二次电池。这样伴随着充电和放电，锂离子可以来回移动，相当于Li的浓差电池。紧接着Goodenough等合成了能够可逆地插入和脱出Li的层状化合LiMO2（M=Ni，Co，Mn），后来，逐渐发展成为锂离子二次电池的正极材料。它也改变了负极材料必须采用锂源的思想，进而促进了正负极材料的发展