【摘 要】
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随着电动车的广泛使用,兼顾安全性高、容量大和寿命长优点的锂离子电池在新能源领域占据越来越重要的地位。Li2ZnTi3O8作为锂离子电池负极材料,具有良好的安全性和循环性能,因此得到了广泛关注。本文先优化Li2ZnTi3O8制备工艺,在最优工艺的基础上采用与导电材料复合的改性方法,探究各因素变量对Li2ZnTi3O8复合材料电化学性能的影响。具体内容如下:（1）以碳酸锂、纳米氧化锌和纳米二氧化钛为原
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随着电动车的广泛使用,兼顾安全性高、容量大和寿命长优点的锂离子电池在新能源领域占据越来越重要的地位。Li2ZnTi3O8作为锂离子电池负极材料,具有良好的安全性和循环性能,因此得到了广泛关注。本文先优化Li2ZnTi3O8制备工艺,在最优工艺的基础上采用与导电材料复合的改性方法,探究各因素变量对Li2ZnTi3O8复合材料电化学性能的影响。具体内容如下:（1）以碳酸锂、纳米氧化锌和纳米二氧化钛为原料,采用高温固相法合成Li2ZnTi3O8负极材料,分别探索煅烧温度和时间对材料性能的影响的同时优化工艺参数。结果表明700℃煅烧3 h制备的样品（LZTO-700-3）具有最好的电化学性能。在0.5和1.0 A/g循环300和500次之后容量保持率分别为84.7%和64.16%。在阶梯测试中,0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 A/g电流密度下放电比容量分别为185.6、179.8、176.5、171.7、163.1和156.6 m A·h/g。（2）以盐酸多巴胺为氮碳源,高温固相法合成N掺杂碳包覆Li2ZnTi3O8@C-N负极材料,在合成过程中部分Ti4+被还原为Ti3+,达到包覆和掺杂共同改性的目的。该方法有利于提高离子扩散系数和降低电荷转移电阻。在阶梯测试中,0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 A/g电流密度下,Li2ZnTi3O8@C-N-2的放电比容量分别为244.7、229.4、218.0、207.5、196.8和183.9 m A·h/g。除此之外,在0℃时该样品的比容量远高于未改性的Li2ZnTi3O8负极材料。0.2 A/g电流密度下的首次放电比容量为262.5 m A·h/g,循环300次后为241.6 m A·h/g。甚至在1.0 A/g电流密度下循环300次后放电比容量依然有147.3 m A·h/g。（3）葡萄糖作为碳源,双氰胺作为氮源,在的N2气氛下高温固相法合成N掺杂碳包覆Li2ZnTi3O8@C-N复合材料。通过控制葡萄糖和双氰胺的比例,探索N元素掺杂量对材料性能的影响,达到同时改善倍率和循环性能的目的。其中,Li2ZnTi3O8@C-N-5在室温下表现出良好的倍率和循环性能。在1.0 A/g循环500次后放电比容量依然有163.2m A·h/g;在阶梯测试中,1.5、2.0、2.5和3.0 A/g电流密度下放电比容量分别比未改性的Li2ZnTi3O8高出39.7、33.3、27.2和11.7 m A·h/g。另外,Li2ZnTi3O8@C-N-5在高温和低温下仍表现出良好的电化学性能。55℃时,在1.0 A/g电流密度下首次库伦效率高于未改性材料,循环150次后有61.3%容量保持率;在0℃低温时也有较好的倍率性能和循环性能,在0.4、0.6、0.8和1.0 A/g时Li2ZnTi3O8@C-N-5的放电比容量分别为200.1、185.7、175.5和168.9 m A·h/g;0.5 A/g电流密度下的首次放电比容量为196.6 m A·h/g,循环300次后为173.7 m A·h/g。
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