【摘 要】
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锂离子可充电电池因其耐用性好、质量轻巧、比容量高等优点长期受到人们的青睐。然而,现存的锂离子电池,始终存在着使用功率小和安全隐患大等缺点。由于比容量高和充放电循环寿命长,锂离子电池一般常用碳材料作为负极材料。但由于碳材料的工作电位较低,很容易在表面形成锂枝晶。因此,需要一种拥有更高安全性、更高锂离子插入电位和倍率性能更加优良的新型阳极材料。具有立方尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12),被认为是
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锂离子可充电电池因其耐用性好、质量轻巧、比容量高等优点长期受到人们的青睐。然而,现存的锂离子电池,始终存在着使用功率小和安全隐患大等缺点。由于比容量高和充放电循环寿命长,锂离子电池一般常用碳材料作为负极材料。但由于碳材料的工作电位较低,很容易在表面形成锂枝晶。因此,需要一种拥有更高安全性、更高锂离子插入电位和倍率性能更加优良的新型阳极材料。具有立方尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12),被认为是一种潜在的阳极材料。由于Li4Ti5O12独特的结构稳定性,锂离子在Li4Ti5O12结构中脱嵌所造成的体积变化几乎为零,使Li4Ti5O12材料在循环过程中,可以实现几千次可逆性锂离子插入和脱出。然而,由于Li4Ti5O12导电性差,导致高倍率充放电时放电克容量较低,这阻碍了Li4Ti5O12材料的进一步实际应用。研究发现,具有高电负性的卤素原子在与锂金属元素相互作用时可以作为电子供体,提高电子导电性。因此,利用卤化锂与钛酸锂材料制备复合电极片,可以有效改善锂电池的能量密度和倍率性能。为了进一步探究钛酸锂材料的潜在价值,本文选取商用钛酸锂材料作为基体,采用溶液法和热处理法分别制备了卤化锂钛酸锂复合电极,以此研究不同复合材料的电化学性能。首先,采用溶液法制备了氯化锂钛酸锂复合电极,通过适当改进氯化锂的混合水平,研究了复合材料的结构和电化学性能。其中,质量比为1:16的样品在所有样品中表现出更高的放电克容量,在1C倍率下,循环充放电100周后,放电克容量可以达到141.99 m Ah g-1,与纯Li4Ti5O12材料相比,容量提升了14.53%。其次,采用溶液法制备了溴化锂钛酸锂复合电极,通过适当改进溴化锂的混合水平来改善Li4Ti5O12的倍率性能。与氯化锂钛酸锂复合电极相比,混合溴化锂的复合电极极化相对较小,展现出较好的倍率性能。其中质量比为1:120的样品在所有样品中倍率性能最好。最后,采用热处理法制备了氯化锂钛酸锂复合电极,通过降低氯化锂在复合材料中的颗粒大小,提高复合电极的电化学性能。对比发现,热处理制备的复合材料中氯化锂结晶颗粒相对较小,能够均匀分散在复合材料中,提高锂离子电导率和复合电极的放电克容量。其中质量比为1:16的样品,在1C倍率下,循环充放电100周后,放电容量可以达到190 m Ah g-1以上,是纯Li4Ti5O12样品的1.6倍左右。
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