【摘 要】
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钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种“零应变”材料，在充放电过程中几乎不发生体积膨胀，有稳定的电压平台，因此，具有良好的循环稳定性和安全性，是非常有应用价值的锂离子电池负极材料之一。
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钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种“零应变”材料，在充放电过程中几乎不发生体积膨胀，有稳定的电压平台，因此，具有良好的循环稳定性和安全性，是非常有应用价值的锂离子电池负极材料之一。针对目前钛酸锂自身存在的缺陷，如电导率差，锂离子扩散系数低，限制了其高倍率性能，本文利用三维导电材料和碳材料与其复合从而改性Li4Ti5O12，并研究改性对复合材料的形貌结构与电化学性能的影响。 首先，利用介孔科琴黑（Ketjen black，KB）作为碳源、导电剂和模板剂，通过水热法合成出不同KB含量的Li4Ti5O12/KB复合材料。结果表明，科琴黑的孔隙可以作为钛酸锂生长和电化学反应的容器，这些孔隙里的钛酸锂有较小的尺寸和较大的比表面积，可以提高锂离子扩散速率;科琴黑高导电性，有利于提高复合样品的电导率，从而使材料的电化学性能得到提高。Li4Ti5O12+20wt％KB样品在1C、2C、5C、10C、20C和30C的电流下容量可以达到约190mAh·g-1、186mAh·g-1、183mAh·g-1、173mAh·g-1、144mAh·g-1和109mAh·g-1;在-20℃的低温下1C的容量为162mAh·g-1。 其次，采用梧桐树皮(Plane tree bark，PTB)作为生物质碳源改性钛酸锂。首先将梧桐树皮经过适当处理得到生物质碳，然后通过高温固相法合成Li4Ti5O12+PTB复合材料。研究表明，PTB均匀附着在Li4Ti5O12表面;PTB有较好的导电性，并且在0.01--1V之间可以进行脱嵌锂反应，提供一定的容量，因此复合材料的电化学性能得到提高。Li4Ti5O12+PTB在0.17A·g-1电流密度下的首圈容量可以达到236.5mAh·g-1，循环500圈后容量依然有208mAh· g-1(平均每圈容量损失仅为0.0241％)，表现出良好的循环性能。 第三，使用三维导电结构的泡沫镍(Nickel foam)与钛酸锂进行复合，研究了不同水热温度对最终产物的形貌和电化学性能的影响。研究结果表明，随着反应温度的提高，合成的Li4Ti5O12纯度更高，纳米片尺寸更小，厚度更薄，呈蒲公英状结构，表现出良好的性能。由于复合材料没有加入额外的导电炭黑和粘结剂，材料的能量密度得到提高，在0.383mA·cm-2、0.766mA· cm-2、1.915mA·cm-2和3.83mA·cm-2电流密度下放电比容量有171.1mAh·g-1、155.2mAh·g-1、146.8mAh·g-1和132.2mAh· g-1。
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