為了滿足大型電子設(shè)施的日益龐大供能需求,研發(fā)能提供超大能量密度的鋰離子電池負(fù)極材料成為了眾多材料工作者和鋰電專家的研究重點(diǎn)。在此,本論文將報(bào)道TiNb_2O_7和TiNb_(24)O_(62)這兩種材料的制備及改性方法;并通過(guò)一些電化學(xué)測(cè)試對(duì)TiNb_2O_7和TiNb_(24)O_(62)這兩種材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了深入研究;同時(shí)也用原位技術(shù)對(duì)這兩種材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制展開了初步探討。首先,本文采用同軸靜電紡絲方法制備了一維TiNb_2O_7空心納米管。得到的一維TiNb_2O_7空心納米管具有較高的嵌鋰平臺(tái),較低的電荷轉(zhuǎn)移電阻和較快的電化學(xué)動(dòng)力性能。其電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示一維TiNb_2O_7空心納米管在0.4C的電流倍率下循環(huán)150圈后仍能保持210.1mAh g~(-1)的容量,甚至以10C的電流倍率下,能保持158.4mAh g~(-1)的容量。這樣優(yōu)異的電化學(xué)性能歸因于其空心納米結(jié)構(gòu)。此外,一維TiNb_2O_7空心納米管的儲(chǔ)鋰機(jī)制也被系統(tǒng)的研究了,其放電過(guò)程可被劃分為三個(gè)階段,分別是兩個(gè)固溶體過(guò)程和一個(gè)兩相共存過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn),其在充放電過(guò)程中具有突出的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高度的電化學(xué)可逆性。因此適合作為鋰離子電池的負(fù)極材料。其次,本文采用相同的方法制備一維TiNb_(24)O_(62)納米線,并對(duì)其進(jìn)行氮摻雜碳包覆。其電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示氮摻雜碳包覆TiNb_(24)O_(62)納米線在0.5C的電流倍率時(shí)可以輸出高達(dá)218mAh g~(-1)的容量;甚至在10C的電流倍率下循環(huán)900圈,其可逆輸出容量仍能保持在148.9mAh g~(-1)。其優(yōu)異的電化學(xué)性能可歸因于氮摻雜碳包覆和TiNb_(24)O_(62)納米形貌共同作用的結(jié)果。此外,通過(guò)使用原位XRD技術(shù),氮摻雜碳包覆TiNb_(24)O_(62)納米線的儲(chǔ)鋰機(jī)制也更加明朗。氮摻雜碳包覆TiNb_(24)O_(62)納米線在充放電過(guò)程中的相變是由于TiNb_(24)O_(62)晶體沿TiNb_(24)O_(62)晶體的b軸方向膨脹所導(dǎo)致的。研究發(fā)現(xiàn),其在充放電過(guò)程中具有突出的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高度的電化學(xué)可逆性。因此其也適合作為鋰離子電池的負(fù)極材料。
【學(xué)位單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ134.11;TM912
【部分圖文】：

裝正極，負(fù)極，隔膜和電解液的外殼。紐扣型鋰離子電池的結(jié)構(gòu)如圖1.1 所示。圖 1.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1.1 The structure of lithium-ion battery2. 鋰離子電池的工作原理[1]鋰離子電池其實(shí)是一種鋰離子濃差電池，正負(fù)兩極均由兩種不同的嵌脫鋰化合物組成。以早期商業(yè)化的鈷酸鋰-石墨電池為例，其電池的電化學(xué)表達(dá)式如下：

- 4 -圖 1.2 鋰離子電池的工作原理圖[11]Fig. 1.2 The working principle diagram of lithium-ion battery充電時(shí)，在正極區(qū)的層狀結(jié)構(gòu)鈷酸鋰脫出鋰離子進(jìn)入電解液，負(fù)極區(qū)電解液中的鋰離子進(jìn)入石墨結(jié)構(gòu)中形成 LixC6化合物。與此同時(shí)，外電路電荷的補(bǔ)償確保了鋰離子電池的正極和負(fù)極都處于電荷平衡狀態(tài)。而放電過(guò)程正好與充電過(guò)程相反。在鋰離子電池正常的充放電過(guò)程中，鋰離子在正極材料和

圖 1.3 鋰離子嵌入石墨時(shí)的階段示意圖[13]Fig. 1.3 Schematic of stage formation during intercalation of lithium into graphite在石墨中，鋰離子的嵌入和脫嵌主要發(fā)生在 0 至 0.25V，并且具有良好的電壓平臺(tái)。從圖 1.4 中，我們可以明顯的看到這些平臺(tái)的存在。
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