【摘 要】
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锂离子电池具有质量轻和高能量密度的优点,是目前最有发展前景的新能源材料之一。传统碳质负极材料在Li+插入结束时电位几乎接近零,在大电流或过充时碳电极表面会有锂枝晶(树
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锂离子电池具有质量轻和高能量密度的优点,是目前最有发展前景的新能源材料之一。传统碳质负极材料在Li+插入结束时电位几乎接近零,在大电流或过充时碳电极表面会有锂枝晶(树突状)生成,容易导致短路从而产生安全性问题。尖晶石型Li4Ti5O12被认为是一种可以替代碳的新型锂离子电池负极材料,在快速充放电循环过程中能够重复脱嵌Li+而保持结构稳定不变,能够有效地提高材料的安全性和稳定性。但Li4Ti5O12特殊的绝缘性导致其电化学性能相对偏低。本论文从优化制备方法、掺杂及包覆改性等方面对Li4Ti5O12进行深入的研究,考察了离子掺杂或包覆对材料结构形貌、循环性能及导电性的影响。
本论文首次以锐钛矿和金红石混合晶型的TiO2和熔点较低的CH3COOLi·2H2O为原料采用熔盐法合成尖晶石型Li4Ti5O12,研究了焙烧温度和时间对产物结构、容量和循环性能的影响,结果表明最佳合成条件为:以10℃/min进行程序加热,70℃保温5h,800℃焙烧5h,制备出的纯相尖晶石型Li4Ti5O12性能最佳,产物具有较好的可逆容量和循环性能。与传统高温固相法相比,熔盐法简单易行、对钛源要求不高、能够在较低温度和较短时间内合成出电化学性能较优的负极材料。
本文采用熔盐法对Li4Ti5O12进行了掺杂改性,用Na+进行了有效掺杂。研究结果表明,当Na+掺杂产物Li4-xNaxTi5O12(X=0,0.02,0.04,0.08,0.1)中x=0.08时材料表现出最优的循环性能和导电性。本文还以La(NO3)3和AgNO3作为原料对Li4Ti5O12进行掺杂和包覆,分别对Li4Ti5O12/La、Li4Ti5O12/Ag的结构及电化学性能探究方面做了有益的研究,结果显示,当n(La/Ti)和n(Ag/Ti)均为1:100时的倍率性能均比单纯相Li4Ti5O12好。
本文采用了溶胶-凝胶法制备了高密度分布的Li4Ti5O12及Li4-xNaxTi5O12/La,首次对Li4Ti5O12进行了Na+和La3+的二元掺杂和包覆,得出当掺杂量为n(La/Ti)=1:100、x=0.05时样品的可逆容量和循环稳定性能最佳。
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