模板法制备锂离子电池电极材料磷酸钛锂及其结构和性能的表征

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vacer2008
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能源问题是关乎人类社会生存与发展的重要问题。由于能源的大量消耗,人们开始开发利用新能源,锂离子电池成为新能源研究领域的热点。磷酸钛锂具有良好的电化学性能,可用作固态电解质和锂离子电池电极极材料,还可用作水系锂离子电池负极。但是,磷酸钛锂电子电导率差,一般采用碳包覆和金属掺杂等方法改善。生物模板法在制备高维纳米、微米材料时比其他方法有明显优势,并且制备易,价格低。由于对电子器件的弯折性能的需求,柔性电池的开发已经得到研究者的关注。柔性电极材料的制备对于制备柔性电池具有重要意义。  本文使用丝绸等纤维织物为模板结合溶胶凝胶法,利用箱式炉在空气气氛下合成了纯的LiTi2(PO4)3(磷酸钛锂,LTP)纤维,对该磷酸钛锂进行了碳包覆;利用管式炉控制气氛(惰性气体、氧气氛混合气体)合成了LiTi2(PO4)3/C复合材料。以X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对所得材料的成分、物相、微观结构进行了表征。以金属锂为负极,制成半电池,以循环伏安、充放电等方法测试其电化学性能,论文取得的主要成果如下:  1.利用模板法结合溶胶凝胶法制备在箱式炉中制备得到了纯的磷酸钛锂纤维材料。材料为白色物质,其微观形貌与模板一致。经过XRD检测证明以脱胶蚕茧为模板和以丝绸布为模板结合溶胶凝胶法所得的产物为菱方结构的磷酸钛锂。通过选区电子衍射证明所该纤维为磷酸钛锂的纳米微晶。  2.将丝绸布为模板制得的纯磷酸钛锂材料直接用作锂离子电池正极,经过循环性能测试证明其几乎不存在电化学容量。包碳后的磷酸钛锂纤维在0.1C的充放电速率下,首次重放电容量约为60mAh/g,循环5次后容量约为36mAh/g.  3.以丝绸为模板一步合成了磷酸钛锂和碳的复合物。在胶浓度为150mg/mL条件下,通入70sccm氮气和45sccm氧气的混合气氛所制备的材料具备了较好的柔性和电化学性能。首次充电电化学容量达到109mAh/g,100次循环后仍保持了63.3%。
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