论文部分内容阅读
最近，BaLi2Ti6O14因具有稳定的充放电平台、能量密度高、成本低廉和结构稳定性好等优点被看作是很有发展前景的锂离子电池负极材料。本文对BaLi2Ti6O14展开了深入细致的研究。首先采用传统的固相法合成锂离子电池负极材料BaLi2Ti6O14，分析其电化学性能，储能机制和嵌/脱锂动力学过程，并进一步探究表面包覆和离子掺杂对其结构和电化学性能的影响。具体内容如下： 首先，确定BaLi2Ti6O14的最佳合成温度。从XRD和SEM分析得知当合成温度为950℃时可得到纯相BaLi2Ti6O14，并且颗粒表现出良好的晶体特性。对比电化学测试结果可知950℃下合成的BaLi2Ti6O14具有最好的电化学性能。当电流密度为50mA g-1时，首圈可逆容量为145.7mAh g-1，50周循环后容量保持率为94.51％。当电流密度升到300mA g-1时，容量仍高达118mAh g-1。 其次，计算BaLi2Ti6O14中 Li+的扩散系数。本章采用CV，in-situ EIS和GITT三种方法计算Li+在 BaLi2Ti6O14中嵌入和脱出的扩散系数。结果表明，CV测出的Li+的扩散系数为10-13～10-12cm2 s-1，由in-situ EIS和GITT测出的Li+扩散系数基本上介于10-14～10-12cm2 s-1和10-14～10-11cm2 s-1范围内。此外，in-situ XRD测试结果表明BaLi2Ti6O14在高倍率下的结构变化同样具有高度可逆性。 再次，通过表面包覆不同量Ag纳米颗粒对BaLi2Ti6O14进行改性。Ag颗粒在BaLi2Ti6O14脱嵌锂过程中能有效提高BaLi2Ti6O14颗粒之间的导电性并减小电极极化。当包覆的Ag量为6wt.%时，BaLi2Ti6O14在1C时具有最高的首圈可逆容量160.0mAh g-1。此外，其亦表现出优异的倍率性能，在电流密度为2C，3C，4C和5C时容量高达147.5，139.7，132.6和126.7mAh g-1。 最后，通过锂位掺杂对BaLi2Ti6O14进行改性。微量Mg2+掺杂可使BaLi2Ti6O14的储锂能力大大增强，当电流密度为2C和4C时，可提供的容量分别为129.3和115.2mAh g-1。在电流密度为5C时可提供111.7mAh g-1的容量，甚至在循环200周后仍可保持80.7%的容量。BaLi1.9Mg0.1Ti6O14储锂能力增强源于Mg2+的存在使电子/离子电导率增大、电荷转移电阻降低。此外，in-situ XRD结果表明BaLi1.9Mg0.1Ti6O14的结构在锂离子脱嵌的过程中具有高度稳定性。