鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池

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1、鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池1、鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池的工作原理簡介：鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池主要有正極材料、電解質(zhì)、隔膜和負(fù)極鈦酸鋰(Li4Ti5O12)材料組成。鋰離子電池正極材料一般由能夠可逆脫嵌鋰離子的活性物質(zhì)錳酸鋰（LiMn2O4）組成，錳酸鋰具有價(jià)格便宜（3-4萬元/噸），工作平臺電壓高的特點(diǎn)；負(fù)極是鈦酸鋰材料；鈦酸鋰材料理論比容量為175mAh/g，實(shí)際比容量大于160mAh/g。鈦酸鋰材料有獨(dú)特的優(yōu)勢;如具有循環(huán)壽命長，高穩(wěn)定性能；放電平臺可達(dá)1.55V，且平臺非常平坦；Li4Ti5O12是一種“零應(yīng)

2、變材料”，鋰離子具有很好的遷移性。這種零應(yīng)變性使其在鋰電池負(fù)極材料中倍受關(guān)注。隔膜是現(xiàn)在以碳作負(fù)極的鋰電池隔膜；電解液是以碳作負(fù)極的鋰電池電解液；電池殼是以碳作負(fù)極的鋰電池殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池的工作原理可描述為：鋰離子電池在充電時(shí)，鋰離子從正極中脫出，通過電解質(zhì)和隔膜，嵌入到負(fù)極中；然后放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極中脫出，同樣通過電解質(zhì)和隔膜，再嵌入到正極中。如此反復(fù)循環(huán)，由于鋰離子在正、負(fù)極中有可以容納的相對固定的空間和位置，保證了電池充放電反應(yīng)具有很好的可逆性，從而也在一定程度上保證了電池的循環(huán)壽命和安全

3、性能。鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池實(shí)質(zhì)上是一種鋰離子濃差電池，正負(fù)極材料由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時(shí)，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償從外電路供給到碳負(fù)極，保證了負(fù)極的電荷平衡。放電時(shí)則正好相反，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。在正常的充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只會(huì)引起層面間距的變化，不會(huì)破壞晶體的結(jié)構(gòu)；在充放電過程中，負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變。因而，從充放電的循環(huán)可逆性看，鋰離子的電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)，鋰離子電池的工作電壓與

4、構(gòu)成電極的鋰離子嵌入化合物和鋰離子的濃度有關(guān)。2.鈦酸鋰Li4Ti5O12結(jié)構(gòu)及性能空間群屬于Fd3m，尖晶石結(jié)構(gòu)，電位1.55VvsLi+/Li理論容量175mAh/g零應(yīng)變材料836pm-837pm合成方法：Li2CO3(稍過量)、TiO2(化學(xué)計(jì)量比)和活性炭混合，以無水乙醇作為分散劑，混合物用球磨機(jī)球磨24h，制得前驅(qū)體。前驅(qū)體空氣中加熱到600oC并保溫8h，在升溫至800oC并保溫2h，升溫速率為12oC/min,自然冷卻，輕度研磨過篩，得樣品，干燥器中保存。鋰源：Li2CO3鈦源：TiO2

5、（銳鈦礦）原料配比：Li稍過量，有研究提出，當(dāng)n（Li）/n(Ti)=0.84時(shí)產(chǎn)物性能最好。添加劑：反應(yīng)過程加適量炭黑提高電導(dǎo)性并減小顆粒尺寸，加入摻雜元素如Zr、Sr等進(jìn)行改性。條件：制備溫度一般控制在800~1000℃，一般時(shí)間越長，晶粒生長越完整，不利于循環(huán)性，800℃下一般2h保溫。Ag摻雜LTO：采用高溫固相反應(yīng)法得出結(jié)論：1、Ag摻雜有助于提高容量和循環(huán)性2、Ag摻雜要適量，文章表明3%wt摻雜效果最佳Cu摻雜：高溫固相合成法，Cu(NO3)2?3H2O為銅源(Li:Ti:Cu=4:5:x

6、)得出結(jié)論1、Cu摻雜沒有提高容量，但高倍率循環(huán)性能明顯改善Zr摻雜固相合成法，鋰源采用LiAc?2H2O，Zr源采用Zr(NO3)4·5H2O得出結(jié)論：1、高倍率下首次循環(huán)容量有非常大的提升2、高倍率循環(huán)性有較大提升3、Li4Ti5?xZrxO12中Zr含量0.1時(shí)效果最好碳包覆1采用polyacrylicacid(PAA)與LiOH反應(yīng)得PAALi，再進(jìn)行固相合成反應(yīng)結(jié)論：1、碳包覆在表面，提高了電子導(dǎo)電性，高倍率下容量和循環(huán)性能均有所提高PVDFPVDF聚偏氟乙烯，外觀為半透明或白色粉體或顆粒，分

7、子鏈間排列緊密，又有較強(qiáng)的氫鍵，含氧指數(shù)為46%，不燃，結(jié)晶度65%~78%，密度為1.17~1.79g/cm3,熔點(diǎn)為172℃,熱變形溫度112~145℃,長期使用溫度為—40~150℃。PVDF，英文縮寫poly(vinylidenefluoride)，主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯與其他少量含氟乙烯基單體的共聚物，它兼具氟樹脂和通用樹脂的特性，除具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性、耐氧化性、耐候性、耐射線輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等特殊性能，是目前含氟塑料中產(chǎn)量名列第二位的大產(chǎn)品，

8、全球年產(chǎn)能超過4.3萬噸。PVDF應(yīng)用主要集中在石油化工、電子電氣和氟碳涂料三大領(lǐng)域，由于PVDF良好的耐化學(xué)性、加工性及抗疲勞和蠕變性，是石油化工設(shè)備流體處理系統(tǒng)整體或者襯里的泵、閥門、管道、管路配件、儲(chǔ)槽和熱交換器的最佳材料之一。其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能，使制作的設(shè)備能滿足TOCS以及阻燃要求，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)上高純化學(xué)品的貯存和輸送，近年來采用PVDF樹脂制作的多孔膜、凝膠、隔膜等，在鋰二次電池中應(yīng)用，目前該用途成為PVD