【正文】 .................................. 26 有效緩解我國能源緊張問題的重要舉措 ....................................................... 26 ............................................................. 26 項目研究可行性 ............................................................................................. 26 項目研究符合國家產(chǎn)業(yè)政策及發(fā)展規(guī)劃 .................................................. 26 資源優(yōu)勢 ............................................................................................. 26 技術(shù)可行 ............................................................................................. 27 行業(yè)市場需求分析 ............................................................................... 27 參考文獻 ...................................................................................................................... 28 1 1 緒 論 研究背景 當(dāng)今世界，能源安全是各國的最重要戰(zhàn)略。而以電力為動力的新能源汽車，尤其是純電動車在運行過程中隊環(huán)境是零排放的。 用于電動汽車的電池必須具有可大倍率電流充放電的能力，而目前鋰 子電池中的負(fù)極材料主要為碳材料。因此， Li4Ti5O2 作為動力電池的負(fù)極材料具有研究價值。而目前我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國家差距還很大，自主創(chuàng)新少，因此有必要加強對相關(guān)材料的研發(fā)，本文對Li4Ti5O2 的研究具有一定意義。作為優(yōu)異的正負(fù)極材料 , 鈦酸鋰可用于電動汽車和鋰電池的生產(chǎn)中 , 具有可觀的發(fā)展前景。 （ 3） 美國政府已經(jīng)公布了 20xx 年國家納米鈦酸鋰技術(shù)項目 (N N I)戰(zhàn)略計劃， 為 實現(xiàn)這一 計劃 ， N N I 列出了四個具體目標(biāo)： 。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)產(chǎn)能較大的企業(yè)為貝特瑞新能源材料股份有限公司（ BTR New Energy），珠海銀通新能源有限公司 、天驕科技 以及四川興能新材料有限公司，其中貝特瑞包括松下、日立、三星、 TCL、比亞迪等 130 多家廠商。 目前，該納米鈦酸鋰電池已成功應(yīng)用于電動汽車，電動自行車、電動叉車、搬運車等產(chǎn)品中。到 20xx 年底，在重慶市場有 1000 輛的公交客車采用快速充電的鈦酸鋰 1254 OTiLi 電池系統(tǒng) ， 這其中包括純電動公交客車，也包括插電式混合動力公交客車。在沉淀制備粉末過程中從工沉淀、晶粒長大到沉淀的漂洗、干燥、煅燒的每一個階段均可能導(dǎo)致顆粒長大及團聚體的形成。固相法 相對于其他制備方法，有著工藝流程簡單，易于實現(xiàn)量產(chǎn)，在陶瓷工業(yè)以及電子工業(yè)中生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。 6 實驗部分 實驗原理 利用傳統(tǒng) 高溫 固相法合成出的材料普遍存在顆粒較大、粒徑分布不均、 團聚現(xiàn)象、內(nèi)電阻極化較大等問題。 采用振蕩 式 研磨法制備 Li4Ti5O12 時，影響其性能的兩個因素為 :不同溶劑以及煅燒氣氛。制備的 Li4Ti5O12超細(xì)粉體，在 800℃下煅燒 3h,具有優(yōu)異的大倍率放電性能。以 Li2CO3 為鋰源，煅燒 1000℃保 溫 26h 后 也能得到的各方面性能優(yōu)異的 Li4Ti5O12。 80mA首先用稱量天平分別稱取一定量的 TiO2 和碳酸鋰 ，將其混合后放入普通球磨 /高能行星球磨機中進行球磨，帶到設(shè)計時間后取出粉末放入坩堝用高能箱式電阻爐在一定溫度下高溫煅燒一定時間后制得鈦酸鋰粉體。 /min 采用 Scherrer 公式計算樣品的晶粒大小 : ?? cos/ BKD ? ，其中 K為常數(shù)，? 為 X射線的波長， B 為衍射峰半峰寬，θ為布拉格衍射角。由圖 可知：在 2θ =176。、 176。、 176。、176。 圖 未 經(jīng) 球磨煅燒 750℃保溫 2h 獲得產(chǎn)物的 XRD圖 11 由于 750℃燒結(jié) 2h 得到的產(chǎn)物雜相較多，形成 Li4Ti5O12 結(jié)晶度不好， 所以調(diào)高煅燒溫度到 800℃，保溫時間延長到 12h，觀察反應(yīng)產(chǎn)物 XRD 圖譜（見圖 ）。 圖 未 經(jīng) 球磨時煅燒 800℃ 保溫 12h 所得產(chǎn)物的 XRD圖 未經(jīng)球磨產(chǎn)物的微觀形貌分析 當(dāng) 反應(yīng)物經(jīng)研缽研磨混合后觀察其微觀形貌 ，如圖 所示。 由圖 可以看出，當(dāng)球磨 5min 時，在 2θ =176。、 176。 當(dāng)球磨時間延長到 10min， Li4Ti5O12 的衍射峰峰型與強度基本不變，但產(chǎn)物中的雜相峰變得非常微弱。 當(dāng)煅燒溫度為 700℃時，觀察圖發(fā)現(xiàn)在 2θ =176。、 176。 隨著煅燒溫度的提高，當(dāng) 800℃時，產(chǎn)物中 Li4Ti5O12 的衍射峰進一步增強，結(jié)晶度越來越好， TiO2 衍射峰比煅燒 750℃時更微弱，基 本消失。 14 圖 不同煅燒溫度所得產(chǎn)物的 XRD圖 普通球磨煅燒時間對產(chǎn)物物相的影響 圖 為 Li/Ti=4:5，普通球磨 10min， 800℃煅燒 1h、 2h 所得產(chǎn)物的 XRD 圖譜。 15 圖 普通球磨不同時間所得產(chǎn)物的 XRD圖 普通球磨機球磨產(chǎn)物的形貌分析 圖 給出了不同普通球磨時間處理下經(jīng) 800℃煅燒 2h 獲得產(chǎn)物的 SEM 圖片。 當(dāng)球磨時間延長到 10min 時，如圖 (b)所示，產(chǎn)物結(jié)塊現(xiàn)象更加明顯，在原有的塊狀物質(zhì)表面形成大小在 m左右的小顆粒。 對照 PDF 卡片發(fā)現(xiàn)圖中峰值均為標(biāo)準(zhǔn) Li4Ti5O12 衍射峰，衍射峰的峰寬較窄，峰型完整而尖銳，峰強度大，曲線平滑無雜質(zhì)。 原料不同配比所得產(chǎn)物的 XRD 圖 高能球磨時間對產(chǎn)物物相的影響 圖 Li/Ti摩爾比 4:5球磨不同時間 750℃煅燒 2h所得產(chǎn)物的 XRD圖譜。、 176。等處存在明顯的 Li4Ti5O12 衍射峰，峰型較寬，說明此時結(jié)晶度不好。此時 Li4Ti5O12 峰強度進一步升高。 當(dāng)煅燒 700℃時，由圖觀察得，目標(biāo)產(chǎn)物 Li4Ti5O12的衍射峰已初步形成，但峰型不完整，只在 2θ =176。、176。說明在此溫度下 19 不能制得純相的 Li4Ti5O12。 這組 XRD 表明，隨著煅燒溫度的升高，反應(yīng)物中的雜相逐漸生成目標(biāo)產(chǎn)物 Li4Ti5O12，當(dāng)煅燒溫度為 750℃時，雜相完全生成純凈的 Li4Ti5O12。 延長煅燒時間到 2h 時，產(chǎn)物的峰型與煅燒 1h 相比更窄 更強，說明離子的 20 結(jié)晶性相對較好。并且隨著球磨時間的延長，結(jié)成的塊狀物越來越大。 隨著球磨時間進一步延長到 15min，如圖 (c)所示，可以很明顯的發(fā)現(xiàn) 21 大部分顆粒已經(jīng)結(jié)成 5μ m左右的硬塊，有些甚至達(dá)到 10μ m 左右。由圖可以看出隨著煅燒時間的延長，產(chǎn)物的團聚現(xiàn)象消失，形成較均勻的小顆粒。其中摻雜著少量未分散完全的粒徑小于 1μ m的塊狀團聚物。使用的原料是 TiO2和 Li2CO3。最佳煅燒保溫時間為 2h。于是從混料工藝的角度出發(fā)，研究者改進了傳統(tǒng)固相合成方法，在混合原 料時采用振蕩研磨或高能行星式球磨等機械法。粒度分布較均勻的產(chǎn)物的條件為高能球磨 5min，煅燒 750℃保溫 2h。 Li4Ti5O12 的循環(huán)容量非常穩(wěn)定，但導(dǎo)電性較差，其電壓相對于鋰為 ，過高，不宜作為負(fù)極材料使用。 S1。 鋰離子電池是目前最新型的充電電池，其工作壓力高，比能量高，長壽命，對環(huán)境污染小，可快速充放電等一系列優(yōu)點，將來必 廣泛用于各種軍用民用領(lǐng)域。所以，本研究項目在資