鈦基氧化物由于在脫嵌鋰時體積膨脹率較小,且無鋰枝晶和固體電解質界面(SEI)膜的生成,因而在大電流下表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能,適合用作高倍率鋰離子電池電極材料。本文針對鈦基氧化物(Li₄Ti₅O₁₂(LTO)和Ti₂Nb₁₀O₂₉(TNO))電子/離子電導率低從而影響電極高倍率性能的問題,設計了一系列多維度碳陣列作為電極導電骨架,提供電子快速傳輸通道;利用原子層沉積(ALD)、水熱、溶劑熱等方法負載納米級氧化物,縮短離子/電子傳輸路徑;并結合離子摻雜,提高鈦基氧化物本征電子電導率和離子擴散效率。多種改性手段協(xié)同作用,有效改善了鈦基氧化物的電化學性能。同時,本文利用電子順磁共振譜和紫外-可見光譜等探索了鈦基氧化物電化學性能提升的機理。此外,本文也研究了Li₄Ti₅O₁₂//LiFePO₄(LTO//LFP)和Ti₂Nb₁₀

【文章頁數】：155 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池概述
        1.2.1 鋰離子電池發(fā)展歷史
        1.2.2 鋰離子電池組成和工作原理
        1.2.3 鋰離子電池負極材料研究進展
    1.3 尖晶石鈦酸鋰負極材料研究進展
        1.3.1 鈦酸鋰的結構及其電化學特性
        1.3.2 鈦酸鋰材料的制備方法
            1.3.2.1 高溫固相反應法
            1.3.2.2 水熱/溶劑熱法
            1.3.2.3 溶膠-凝膠法
            1.3.2.4 靜電紡絲法
            1.3.2.5 其他制備方法
        1.3.3 鈦酸鋰材料的改性方法
            1.3.3.1 復合
            1.3.3.2 納米結構設計
            1.3.3.3 離子摻雜
    1.4 鈦鈮氧負極材料研究進展
        1.4.1 鈦鈮氧的結構及其電化學特性
        1.4.2 鈦鈮氧材料的制備方法
            1.4.2.1 高溫固相反應法
            1.4.2.2 水熱/溶劑熱法
            1.4.2.3 溶膠-凝膠法
            1.4.2.4 靜電紡絲法
            1.4.2.5 其他制備方法
        1.4.3 鈦鈮氧材料的改性方法
            1.4.3.1 復合
            1.4.3.2 納米結構設計
            1.4.3.3 離子摻雜
    1.5 本論文的選題依據和研究內容
第二章 實驗設備與實驗方法
    2.1 實驗試劑與設備
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗設備
    2.2 材料表征
        2.2.1 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.3 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.4 拉曼(Raman)分析
        2.2.5 X射線光電子能譜(XPS)
        2.2.6 比表面積分析
        2.2.7 熱重(TG)分析
        2.2.8 紫外-可見吸收光譜(UV-vis)
        2.2.9 電子順磁共振(EPR)
    2.3 材料電化學性能測試
        2.3.1 電極片制備及電池組裝
        2.3.2 循環(huán)伏安法(CV)測試
        2.3.3 電化學阻抗譜(EIS)測試
        2.3.4 恒電流充放電測試
第三章 多維度碳陣列負載Li₄Ti₅O₁₂ 柔性電極的制備及電化學性能
    3.1 引言
    3.2 碳納米管陣列負載Li₄Ti₅O₁₂ 柔性電極的制備及電化學性能
        3.2.1 CNTs/LTO核/殼陣列的制備
        3.2.2 CNTs/LTO核/殼陣列的形貌與結構分析
        3.2.3 CNTs/LTO核/殼陣列的電化學性能
    3.3 垂直石墨烯陣列負載Li₄Ti₅O₁₂ 包覆碳納米管復合電極的制備及電化學性能
        3.3.1 三明治結構VG/LTO-CNTs陣列的制備
        3.3.2 三明治結構VG/LTO-CNTs陣列的形貌與結構分析
        3.3.3 三明治結構VG/LTO-CNTs陣列的電化學性能
    3.4 本章小結
第四章 缺陷改性Li₄Ti₅O₁₂ 復合碳陣列一體化電極的制備及電化學性能
    4.1 引言
    4.2 碳納米纖維陣列負載氧空位Li₄Ti₅O₁₂ 復合電極的制備及電化學性能
        4.2.1 H-LTO@NCFs核/殼陣列的制備
        4.2.2 H-LTO@NCFs核/殼陣列的形貌與結構分析
        4.2.3 H-LTO@NCFs核/殼陣列的電化學性能
    4.3 TiC/C納米線陣列負載氮摻雜Li₄Ti₅O₁₂ 復合電極的制備及電化學性能
        4.3.1 N-LTO@TiC/C枝/杈結構陣列的制備
        4.3.2 N-LTO@TiC/C枝/杈結構陣列的形貌與結構分析
        4.3.3 N-LTO@TiC/C枝/杈結構陣列的電化學性能
    4.4 本章小結
第五章 碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉ 復合TiC/C納米線陣列一體化電極的制備及電化學性能
    5.1 引言
    5.2 三明治結構NC-TNO@TiC/C陣列的制備
    5.3 三明治結構NC-TNO@TiC/C陣列的形貌與結構分析
    5.4 三明治結構NC-TNO@TiC/C陣列的電化學性能
    5.5 本章小結
第六章 多級結構碳陣列負載氮摻雜Ti₂Nb₁₀O₂₉ 復合電極的制備及電化學性能
    6.1 引言
    6.2 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈結構陣列的制備
    6.3 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈結構陣列的形貌與結構分析
    6.4 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈結構陣列的電化學性能
    6.5 本章小結
第七章 結論與展望
    7.1 主要結論
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 工作展望
參考文獻
致謝
個人簡歷
攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文及其他研究成果



本文編號：3773949