介孔碳负载Li4Ti5O12和TiO2锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

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本论文主要研究了在介孔碳中分别负载锂离子电池负极材料Li4Ti5O12和TiO2,以提高材料在锂离子电池中的循环和倍率性能。分别采用直接负载和同步碳化两种方法合成了材料,通过XRD、BET、SEM、TEM、TG等测试方法表征了材料的结构和组成,通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试方法分析了材料的循环和倍率等电化学性能。具体内容如下:  1.采用直接负载的方法,首先制备出了双孔径介孔碳,采用纳米浇铸的方法将Li4Ti5O12直接负载其中,双孔径介孔碳较大的比表面积为电极材料和电解液提供反应界面,缩短了锂离子和电子的扩散距离,提高了Li4Ti5O12的导电性。在电压0.01-3V范围内,与不负载Li4Ti5O12材料相比,负载物在0.1-10C电流密度下的比容量平均提高了50mAh/g左右。在小电流0.5C和大电流10C下,100次循环后容量仍保持93%和87%。  2.采用同步碳化的方法,在酚醛树脂自组装过程之前,加入Li4Ti5O12前驱体,在烧结过程中同时完成酚醛树脂的碳化和Li4Ti5O12的晶化,这种同步碳化的方法显著简化了合成路线,缩短了反应周期。比较不同负载量比例的样品,发现增大负载比例会使负载物颗粒团聚,降低电化学性能。  3.扩展同步碳化的方法,在酚醛树脂自组装过程之前,加入TiO2前驱体,烧结过程中同时完成酚醛树脂的碳化和TiO2的晶化,制备出锐钛矿型TiO2与碳的负载物。比较不同负载量和不同烧结温度下样品的电化学性能,发现较大的负载量和较低的烧结温度有利于提高比容量。
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