發(fā)布時間：2023-02-12 16:29

　　可充電鋰離子電池(LIB)具有較高的能量密度和較長的使用壽命,被認為是一種很有發(fā)展前景的能量存儲和轉(zhuǎn)換器件,可應用于電動汽車(EV)和智能電網(wǎng)。但是,由于能量密度和安全特性的限制,石墨作為LIB負極材料很難使其具備更大容量,難以大規(guī)模應用。尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰(Li4Ti5O12,LTO)因其優(yōu)異的安全特性和較長的使用壽命而被認為是最有可能代替石墨負極,最有前途的一種。與石墨負極在充電過程中會膨脹10 vol%不同,尖晶石結(jié)構(gòu)的LTO在充電和放電過程中體積變化可以忽略不計,保證了高循環(huán)穩(wěn)定性和長使用壽命。另外LTO具有平坦的充放電平臺(1.55 V vs.Li/Li+),極大地增強了其安全性。然而LTO的電子電導率相對較低,導致較大的極化損耗,使得其倍率性能較差。而且LTO的理論容量只有175 mAh·g-1,較石墨負極材料的理論容量相對較低。本文從改善LTO電子導電率和提高比容量兩方面入手,重點對LTO進行了改性研究。本文以多羥基的棉花纖維為碳源,利用羥基的親水性發(fā)生絡合作用和其在溶液中帶負電能吸附金屬陽離子的特點,將金屬離子吸附在纖維分子基體表面,并通過高溫鍛燒,使棉花纖維碳化分布在鈦...

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 鋰離子電池的概述
        1.1.1 鋰離子電池的發(fā)展歷程
        1.1.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理
        1.1.3 鋰離子電池負極材料
    1.2 鈦酸鋰負極材料及改性
        1.2.1 鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)
        1.2.2 鈦酸鋰的制備
        1.2.3 鈦酸鋰的改性
    1.3 鈦酸鋰表面碳復合改性的研究現(xiàn)狀及問題
        1.3.1 鈦酸鋰表面碳復合改性的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 鈦酸鋰表面碳復合改性面臨的問題
    1.4 研究目的及意義
    1.5 論文主要研究內(nèi)容
2 實驗材料及方法
    2.1 實驗材料及儀器設備
        2.1.1 實驗材料和化學試劑
        2.1.2 實驗設備和儀器
    2.2 材料的制備
        2.2.1 球磨輔助高溫固相反應法制備LTO/C復合材料
        2.2.2 球磨輔助高溫固相反應法制備離子摻雜LTO復合材料
        2.2.3 球磨輔助高溫固相反應法制備離子摻雜改性LTO/C復合材料
        2.2.4 SiO_x-LTO/C共混復合材料的制備
        2.2.5 濕化學法制備SiO_x/LTO/C復合材料
    2.3 電池的組裝
    2.4 電極材料的性能測試
        2.4.1 X射線衍射(XRD)分析
        2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)測試
        2.4.3 X射線光電子能譜(XPS)分析
        2.4.4 拉曼光譜(Raman)測試
        2.4.5 傅里葉變換紅外光譜(FTIR)測試
        2.4.6 透射電子顯微鏡(TEM)分析
        2.4.7 熱失重分析(TGA)測試
        2.4.8 氮氣吸附(BET)實驗
        2.4.9 電化學性能測試
3 棉花纖維羥基結(jié)構(gòu)對碳層的影響及電化學性能評價
    3.1 引言
    3.2 棉花纖維的形貌與結(jié)構(gòu)
    3.3 棉花纖維制備LTO/C復合材料的形貌與結(jié)構(gòu)
        3.3.1 棉花纖維制備LTO/C復合材料前驅(qū)體的形貌
        3.3.2 棉花纖維制備LTO/C復合材料的形貌及結(jié)構(gòu)分析
    3.4 LTO/C復合材料電化學性能的評價
        3.4.1 LTO/C復合材料的倍率及循環(huán)性能
        3.4.2 LTO/C復合材料的脫嵌鋰反應活性
        3.4.3 LTO/C復合材料的內(nèi)阻及離子擴散的影響
    3.5 棉花纖維羥基結(jié)構(gòu)對碳層的形成機理
    3.6 本章小結(jié)
4 離子摻雜對LTO/C的改性及電化學性能評價
    4.1 引言
    4.2 Mg²⁺摻雜對LTO/C結(jié)構(gòu)及形貌的影響
        4.2.1 Mg²⁺摻雜量對鈦酸鋰結(jié)構(gòu)及形貌的影響
        4.2.2 Mg²⁺摻雜LTO/C復合材料的形貌及結(jié)構(gòu)表征
    4.3 Mg²⁺摻雜對LTO/C復合材料電化學性能評價
        4.3.1 Mg²⁺摻雜LTO/C復合材料的倍率及循環(huán)性能
        4.3.2 Mg²⁺摻雜LTO/C復合材料的脫嵌鋰反應活性
        4.3.3 Mg²⁺摻雜對LTO/C復合材料的內(nèi)阻及離子擴散的影響
    4.4 Mg²⁺/Al³⁺共摻雜對鈦酸鋰性能的評價
        4.4.1 Mg²⁺/Al³⁺共摻鈦酸鋰的形貌及結(jié)構(gòu)表征
        4.4.2 Mg²⁺/Al³⁺共摻鈦酸鋰的倍率及循環(huán)性能
        4.4.3 Mg²⁺/Al³⁺共摻鈦酸鋰的脫嵌鋰反應活性
        4.4.4 Mg²⁺/Al³⁺共摻對鈦酸鋰內(nèi)阻及離子擴散的影響
    4.5 離子摻雜對鈦酸鋰結(jié)構(gòu)及電化學性能的影響機制
    4.6 本章小結(jié)
5 SiO_x對LTO/C復合材料結(jié)構(gòu)的影響及電化學性能評價
    5.1 引言
    5.2 LTO/C復合材料在低電位下嵌鋰機制探討
        5.2.1 LTO/C復合材料在低電位下的電化學性能
        5.2.2 LTO/C復合材料的嵌鋰機制
    5.3 SiO_x-LTO/C共混復合材料的結(jié)構(gòu)及電化學性能評價
        5.3.1 SiO_x的結(jié)構(gòu)表征
        5.3.2 SiO_x-LTO/C共混復合材料的結(jié)構(gòu)表征
        5.3.3 SiO_x-LTO/C共混復合材料的倍率性能
        5.3.4 SiO_x-LTO/C共混復合材料的失效機制
        5.3.5 SiO_x-LTO/C共混復合材料的循環(huán)性能
        5.3.6 SiO_x-LTO/C共混復合材料的脫嵌鋰反應活性
    5.4 SiO_x/LTO/C復合材料的結(jié)構(gòu)及電化學性能評價
        5.4.1 SiO_x/LTO/C復合材料的形貌及結(jié)構(gòu)表征
        5.4.2 SiO_x/LTO/C復合材料的倍率及循環(huán)性能
        5.4.3 SiO_x/LTO/C復合材料的脫嵌鋰反應活性
        5.4.4 SiO_x/LTO/C復合材料的內(nèi)阻及離子擴散
    5.5 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝
作者簡介



本文編號：3741433