鋰離子電池鈦酸鋰-碳復(fù)合電極材料研究.pdf

1、目前商業(yè)化的鋰離子電池普遍采用石墨類炭材料作為負(fù)極材料。石墨類碳負(fù)極具有價(jià)格低廉，來源廣泛，導(dǎo)電性能好，比容量較高，相對(duì)嵌鋰電位較低等優(yōu)點(diǎn)，但在碳酸酯溶劑中，由于溶劑化鋰離子很容易嵌入其特殊的層狀結(jié)構(gòu)，即與電解液相容性差，以及其較低的嵌鋰電位，也導(dǎo)致在大電流充電條件下，易在材料表面形成鋰枝晶，導(dǎo)致基于碳基負(fù)極材料的鋰離子電池的快速充電性能差，影響了鋰離子電池在快充電市場的大量應(yīng)用。因此，對(duì)碳材料進(jìn)行改性來提高其電化學(xué)性能，特別是大電流充

2、電性能顯得尤為重要。本論文針對(duì)碳負(fù)極材料高倍率充電性能差的缺點(diǎn)，研究了一種在較大充電電流條件下仍能提供高比能量型鋰離子電池用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料及其制備方法，并且對(duì)其電化學(xué)性能及其相關(guān)的影響因素進(jìn)行研究。
　　 本文的研究工作中分為兩個(gè)部分，第一個(gè)是在碳材料表面包覆一層Li4Ti5O12(C/LTO);第二個(gè)是基于包覆Li4Ti5O12的基礎(chǔ)上再包覆一層金屬Cu，得到多層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料(SS-MCMB/LTO/Cu)。第一個(gè)碳材料

3、表面包覆一層Li4Ti5O12(C/LTO)的研究工作，是基于碳材料與電解質(zhì)溶液的相容性和高倍率充電性能較差，固相電解質(zhì)膜（SolidElectrolytesInterface，SEI）膜在首次循環(huán)過程的形成后，伴隨充放電循環(huán)會(huì)反復(fù)破裂逐漸增長，這層鈍化膜增加了鋰離子在固相中的擴(kuò)散阻力，影響其電化學(xué)性能等。而Li4Ti5O12作為鋰離子電池負(fù)極材料，充放電過程中結(jié)構(gòu)變化很小，被稱為“零應(yīng)變”材料，且不與電解液反應(yīng)，具有較優(yōu)越的循環(huán)性能。

4、通過包覆Li4Ti5O12，可以提高碳材料與電解液的相容性從而提高它的高倍率充電性能。第二個(gè)多層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料(SS-MCMB/LTO/Cu)的研究，主要是針對(duì)Li4Ti5O12的導(dǎo)電性差，通過包覆一層金屬Cu來進(jìn)一步提高材料MCMB/LTO的導(dǎo)電性。
　　 本論文制備的多層復(fù)合材料采用的碳材料是中間相碳微球(SS-MCMB)，平均粒徑為9.908μm，而多層復(fù)合材料(SS-MCMB/LTO/Cu)的平均粒徑為11.336μm，即

5、包覆層的平均厚度為1.328μm。通過元素分析測得SS-MCMB/LTO/Cu中LTO占21.16％，Cu占12.21％。論文通過采用多種電化學(xué)及譜學(xué)表征技術(shù)，如循環(huán)伏安、電化學(xué)交流阻抗和掃描電子顯微鏡等，對(duì)SS-MCMB，SS-MCMB/LTO和SS-MCMB/LTO/Cu材料進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明:復(fù)合材料在大電流下具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能，如較低的材料阻抗和更好的循環(huán)性能;通過循環(huán)伏安曲線和，dQ/dV曲線的進(jìn)一步分析，復(fù)合材料通