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摘 要

本文采用溶胶—凝胶结合固相法制备新型锂离子电池负极材料Li₂MnTi₃O₈，通过X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安法、恒电流充放电等手段表征Li₂MnTi₃O₈负极材料的微观结构和电化学性能。结果表明所制备的Li₂MnTi₃O₈是立方尖晶石结构。以30mA/g的电流密度进行充放电，可逆充电比容量可达232mAh/g。Li₂MnTi₃O₈在0.02~3V的电压范围内能够高度可逆的嵌入和脱出Li 。经过50次充放电循环后，其可逆比容量依然可达到175mAh/g，呈现出良好的循环稳定性，有望成为锂离子电池新型负极材料。

关键词：锂离子电池 负极 Li₂MnTi₃O₈ 尖晶石 电化学性能

Preparation and Electrochemical Properties of Li₂MnTi₃O₈ Anode for Lithium Ion Battery

ABSTRACT

Li₂MnTi₃O₈-the anode material of lithium batteries ,was synthesized by a sol-gel process with solid-state reaction．The micro-structure and electrochemical properties of Li₂MnTi₃O₈ electrode materials were investigated by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM),Cyclic Voltammetry(CV) and galvano charge-discharge analysis. The result indicated that Li₂MnTi₃O₈ had a spinel structure. The Li₂MnTi₃O₈ electrode had a reversible capacity of 232mAh/g at a charge current density of 30 mA/g. Li₂MnTi₃O₈ electrode had a good electrochemical reversibility between 0.02V and 3V. Even after 50 cycles, its reversible capacity was still up to 175mAh/g. The spinel typed Li₂MnTi₃O₈ exhibited excellent cycling stability .

Keywords: Lithium-ion battery; anode; Li₂MnTi₃O₈; spinel; electrochemical performance

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2锂离子电池的的发展史 1

1.3锂离子电池的工作原理 2

1.4锂离子电池的正极材料 2

1.4.1 LiCoO₂ 2

1.4.2 LiMn₂O₄ 2

1.4.3 LiFePO₄ 2

1.5锂离子电池的负极材料 3

1.5.2 碳系材料 3

1.5.3 硅基材料 3

1.5.4 锡基材料 4

1.5.5 过度金属氧化物材料 4

1.5.6 钛酸锂材料 4

1.5.7 新型复合尖晶石钛酸盐材料 6

1.6锂离子电池电解质 7

1.7 锂离子电池的优点 7

1.8 锂离子电池缺点 7

1.9 研究目的及意义 8

第二章 实验内容和方法 9

2.1 实验概述 9

2.2 实验所用原料，药品及仪器 9

2.3 Li₂MnTi₃O₈的制备 10

2.4 材料的表征 10

2.5 材料的电化学性能测试 10

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 XRD分析 11

3.2 SEM分析 11

3.3 循环伏安分析 12

3.4 充放电性能测试 13

3.5 循环稳定性性能测试 14

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

1.1引言

作为现代社会的重要支柱之一，能源给人类的生存和发展提供了物质基础,而且促使了人类从事各种各样的经济活动。在上个世纪，化石燃料是能量供给的一个重要部分。化石燃料不仅用在发电领域，而且由石油作为原材料制得的日常生活用品更是不胜枚举。2008年的石油危机和全球气候变化存在的隐忧引起了对石油依赖性的质疑，因此发展能够将替代能源(太阳能,风能,核能)转换成电能的新技术将是未来的一大趋势。同时，开发把这些能源变成可存储利用的便携式能源同样重要。由高能量密度电池供给的便携式能源不仅使的人们之间的交流、娱乐、计算设备多样化，而且也是医学上可移植器官(比如,起搏器)的能量供给者。近年来，这种便携式能源也开始影响电池在运输工具上的应用。因此电池科学技术的发展将会是在从化石燃料向替代能源过渡方面的一个重要环节，特别是纳米技术的发展为电池走向高能量密度，长的循环寿命奠定了良好的基础。其中化学电源是人们在生活中应用最普遍的能源，从轻便娱乐设备、计算设备、通讯设备到电动汽车等，化学电源被视为新型能源，一直受到广泛的重视。锂离子电池具有优越的性能，也是21世纪的绿色能源。人类赖以生存的环境面临着巨大的压力；人口不断地猛增和人类生活质量的提高；能源需求量的大幅增加与化石能源的日益减少，这些都为人类开发新能源带来了巨大的挑战。

1.2锂离子电池的的发展史

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