固相法/水热法合成钛基锂电池负极材料与其充放电特性比较研究

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伴随着人们环保意识的逐渐加强,在环保性的能源方面人们的要求越来越高,其中对于以锂电池为主的电力能源尤为关注。但是商业上使用的传统的锂离子电池材料存在着循环性能较差、可逆比容量较低的问题。研究人员大多都在研究从各种方面来改善材料的电化学性能,比如改变材料合成的工艺、在材料的基础上掺杂和复合进行改性或者包覆材料形成特定的结构等。本论文从材料的合成方法和水热过程中采用不同溶剂合成材料以及与金属元素的复合来改善负极材料的性能。主要研究的内容如下:(1)采用了固相法、水热法合成了纯相的钛基TiNb2O7材料,使用水热法合成纯相材料时分别采用了不同的溶剂无水乙醇、1,4-丁二醇和去离子水来合成材料,两种方法都选取了不同温度烧结。根据电化学性能测试分析得知,固相法在不同温度所制得材料的首次充电比容量都在220mAh/g左右,在经过0.1C小倍率循环3次后比容量保持率为92%。说明温度对固相法烧结的材料没有什么大的影响。水热法溶剂为无水乙醇合成的材料首次充放电比容量达到247mAh/g,溶剂为去离子水在200℃合成的材料在2C大倍率充放电情况下可逆比容量维持133mAh/g左右。溶剂为1,4-丁二醇在220℃合成的材料在1C循环100次后可以比容量维持在109mAh/g左右。不同的溶剂合成材料后所表现的性能有所偏差。(2)对采用固相法和水热法合成的纯相TiNb2O7材料进行改性,主要采用水热法复合Ag的方法合成TiNb2O7/Ag材料。根据电化学性能测试分析得知,在固相法基础上合成的TiNb2O7/Ag材料,首次充放电比容量262mAh/g,这要高于固相法合成的纯相TiNb2O7材料的220mAh/g首次充放电比容量。而且经过1C循环100次后可以比容量维持在142mAh/g左右。也要远高于纯相物质。在水热法基础上合成的材料首次充放电比容量在260mAh/g左右,效果最好的无水乙醇溶剂的样品首次充放电比容量达到306mAh/g。0.1C循环后的比容量保持率为92%,比水热法制备的纯相材料的86%要高。金属元素Ag的复合能够提高材料的导电性,进一步使材料具备较好的循环稳定性能。(3)采用复合的方法将前面实验所合成材料TiNb2O7/Ag与钛基材料青铜晶型的二氧化钛TiO2(B)材料进行复合合成TiNb2O7/Ag/TiO2(B)复合材料。根据电化学性能测试分析得知,在两种方法基础上合成的最终复合材料的首次充放电比容量为250mAh/g左右,这要稍高于固相法合成的纯相TiNb2O7材料的220mAh/g首次充放电比容量。0.1C循环后的比容量保持率在93%左右,也比固相法循环后的比容量保持率高。证明了对材料进行同源材料的复合能够提高材料的可逆比容量。
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