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文檔簡介
1、具有高功率和高能量密度的可充電鋰離子電池是手提電子設備和電動汽車的優(yōu)異的能源。鈦酸鋰Li4Ti5O12(LTO)有零應變晶體結構,因此有理由被認為是一種長壽命,安全性好的陽極材料。然而,這種材料本身的導電率(10-13 S cm-1)和鋰離子擴散系數(shù)(10-910-13 cm2 s-1)相當?shù)?,所以限制了它實現(xiàn)高倍率的性能。本論文通過制備氮化鈦酸鋰介孔球和介孔鈦酸鋰/石墨烯復合物改善了鋰離子擴散和電子轉移的效率,實現(xiàn)了高倍率的應用。文中
2、采用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)表征了樣品的形貌,采用高分辨透射電鏡(HR-TEM)和X射線光電子能譜(XPS)分析了材料表面包覆層的成分。把這些材料組裝成標準CR2032型紐扣電池后進行了電化學實驗。通過測試循環(huán)伏安(CV),電化學阻抗檢測材料的導電性,通過恒電流充放電試驗測試了電池的循環(huán)性和倍率性。主要結果如下:
(1)氮化鈦酸鋰介孔球:通過簡單氨氣處理鈦酸鋰方法合成了氮化鈦酸鋰介孔球,其中鈦酸鋰來源于介孔二氧化鈦和二水乙
3、酸鋰在聚乙二醇20000存在的條件下的固相反應。碳化的聚乙二醇能夠有效地限制初級顆粒長大,利于鋰離子在固相反應中擴散進納米尺寸的二氧化鈦晶格中,形成純相鈦酸鋰。隨后的熱氮處理之后,一個薄的高導電性TiOxNy層在初級納米顆粒的表面原位生成。結果是,氮化的鈦酸鋰介孔結構,擁有更短的鋰離子擴散路徑和更好的導電性,展示了顯著提高的倍率性能,在1-3V的電壓范圍下,10C倍率下放電容量能達到138 mAhg-1,20 C倍率下能達到120 mA
4、h g-1。這樣突出的倍率和循環(huán)性能主要歸因于導電性TiOxNy納米層在鈦酸鋰表面產生的有利界面和高效混合傳輸網絡。
(2)介孔鈦酸鋰/石墨烯復合物:通過溫和的靜電組裝的方法獲得了介孔鈦酸鋰/石墨烯復合物,可以用作鋰離子電池的高倍率負極材料。石墨烯片和鈦酸鋰球強烈的依附在一起,因此能夠在電極里形成一個高效的導電網絡來加速充放電過程。鈦酸鋰/石墨烯復合物的放電容量在20 C倍率下能提高到124 mAh g-1比碳包覆鈦酸鋰電極高
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