论文部分内容阅读
目前商业化的锂离子电池普遍采用石墨类炭材料作为负极材料。石墨类碳负极具有价格低廉，来源广泛，导电性能好，比容量较高，相对嵌锂电位较低等优点，但在碳酸酯溶剂中，由于溶剂化锂离子很容易嵌入其特殊的层状结构，即与电解液相容性差，以及其较低的嵌锂电位，也导致在大电流充电条件下，易在材料表面形成锂枝晶，导致基于碳基负极材料的锂离子电池的快速充电性能差，影响了锂离子电池在快充电市场的大量应用。因此，对碳材料进行改性来提高其电化学性能，特别是大电流充电性能显得尤为重要。本论文针对碳负极材料高倍率充电性能差的缺点，研究了一种在较大充电电流条件下仍能提供高比能量型锂离子电池用多层复合结构负极材料及其制备方法，并且对其电化学性能及其相关的影响因素进行研究。
本文的研究工作中分为两个部分，第一个是在碳材料表面包覆一层Li4Ti5O12(C/LTO);第二个是基于包覆Li4Ti5O12的基础上再包覆一层金属Cu，得到多层复合结构材料(SS-MCMB/LTO/Cu)。第一个碳材料表面包覆一层Li4Ti5O12(C/LTO)的研究工作，是基于碳材料与电解质溶液的相容性和高倍率充电性能较差，固相电解质膜（SolidElectrolytesInterface，SEI）膜在首次循环过程的形成后，伴随充放电循环会反复破裂逐渐增长，这层钝化膜增加了锂离子在固相中的扩散阻力，影响其电化学性能等。而Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料，充放电过程中结构变化很小，被称为“零应变”材料，且不与电解液反应，具有较优越的循环性能。通过包覆Li4Ti5O12，可以提高碳材料与电解液的相容性从而提高它的高倍率充电性能。第二个多层复合结构材料(SS-MCMB/LTO/Cu)的研究，主要是针对Li4Ti5O12的导电性差，通过包覆一层金属Cu来进一步提高材料MCMB/LTO的导电性。
本论文制备的多层复合材料采用的碳材料是中间相碳微球(SS-MCMB)，平均粒径为9.908μm，而多层复合材料(SS-MCMB/LTO/Cu)的平均粒径为11.336μm，即包覆层的平均厚度为1.328μm。通过元素分析测得SS-MCMB/LTO/Cu中LTO占21.16％，Cu占12.21％。论文通过采用多种电化学及谱学表征技术，如循环伏安、电化学交流阻抗和扫描电子显微镜等，对SS-MCMB，SS-MCMB/LTO和SS-MCMB/LTO/Cu材料进行了对比研究。结果表明:复合材料在大电流下具有更优异的电化学性能，如较低的材料阻抗和更好的循环性能;通过循环伏安曲线和，dQ/dV曲线的进一步分析，复合材料通过对SEI的某种抑制作用确保了SS-MCMB容量更大的发挥。