《高功率鋰離子電池用新型鈉微分級結構Li4Ti5O12/Sn負極材料》是依託上海交通大學，由楊立擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高功率鋰離子電池用新型鈉微分級結構Li4Ti5O12/Sn負極材料
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊立
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
實現高功率化是動力型鋰離子電池研發過程中亟待解決的關鍵問題之一,本項目旨在製備新型納微分級結構Li4Ti5O12/Sn複合材料，並研究其在高功率鋰離子電池負極材料中的套用。結合Li4Ti5O12 和金屬Sn各自可以互補的優缺點，我們期望獲得具有優異的循環性能、倍率性能和安全性能的高功率鋰離子電池負極材料。基於納微分級結構有利於提高材料電化學性能的特點，擬設計併合成一系列新型納微分級結構Li4Ti5O12/Sn複合物，研究材料的形貌、組分比例、比表面積、孔隙率、孔徑分布、離子擴散速度以及電子傳導能力等因素對該材料倍率和循環性能的影響，探討其微觀結構形貌與電化學性能的內在關係；研究該負極材料與鋰離子電池體系中其它電池材料的相容性，提出一種採用Li4Ti5O12/Sn作為負極材料的高功率鋰離子電池新體系。
結題摘要
鋰離子電池具有一系列優點，在學術界和產業界受到了極大的關注。作為鋰離子電池傳統的負極材料，石墨的安全性能不高、能量和功率密度較低，限制了其在電動汽車和儲能等領域的進一步套用，因此，對於鋰離子電池負極材料的研製，人們已把目光投向了大倍率、高安全性的負極材料。在本項目中，為了設計和合成可套用於高功率鋰離子電池的錫鈦基負極材料，首先分別對錫基負極材料和鈦基負極材料進行了系統地研究，通過設計製備一系列錫基和鈦基負極材料，深入探究了其製備方法、微觀結構和形貌，以及電化學性能之間內在聯繫的規律性。基於以上研究結果，結合錫基和鈦基材料各自可以互補的優缺點，成功設計和合成了幾類錫鈦基負極材料，如具有獨特一維和三維納米結構的材料。利用X射線粉末衍射(XRD)、 掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)、電感耦合等離子發射光譜(ICP)、氮氣吸附(BET)、差示掃描量熱儀(DSC)和熱重分析(TG)等分析手段對合成材料的物化性能，包括組成成分、熱力學性能、比表面積、孔隙率、孔徑分布、微觀結構和形貌等進行了詳細研究。將合成材料作為負極材料套用在鋰離子電池中進行性能評估，考察其快速充放電能力和循環穩定性；利用循環伏安(CV)測試分析鋰離子在電極材料中的嵌入/脫出反應和擴散行為；採用交流阻抗測試(EIS)考察電極材料中電荷遷移動力學行為以及充放電過程中材料與電解液間的界面反應。揭示了電極材料組分、微觀結構和形貌對於倍率和循環性能的影響規律，找到可適用於高功率鋰離子電池負極材料的微觀結構體系，構建了有望用於高功率鋰離子電池的錫鈦基負極材料，比如：通過水解沉積及輔助熱處理，得到了核殼結構錫鈦基負極材料，電池性能測試表明在高達2000 mA g-1的電流密度下循環1000次後，放電比容量仍然可達到377 mAh g-1，顯示了優異的高倍率和循環穩定性能，有望作為新型負極材料套用於高功率鋰離子電池中。
