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能源对科学和技术的发展至关重要,但是由于人类长期过度使用化石类燃料,可用资源已经极度匮乏,而锂离子电池的发展和应用是目前解决能源危机的方法之一。锂离子电池因其具有较大的能量密度,较高的输出电压以及对环境友好而得到了人们的青睐。但是目前的锂离子电池负极材料(主要是碳材料)已经不能满足很多能源领域的需求,尤其是电动汽车和混合动力汽车领域。开发新的负极材料或者对现有负极材料改性则成为改善锂离子电池电化学性能很好的途径。本文采用不同的固态电解质对钛酸锂负极材料进行了改性,并对改性钛酸锂负极材料的电化学性能进行研究。主要研究内容如下:(1)利用Li2ZrO3与Li4Ti5O12复合,并在Li4Ti5O12表面实现Zr4+掺杂改性,同时提高了Li4Ti5O12的电子和离子电导率。通过对比实验,当Li2ZrO3与Li4Ti5O12质量比是0.009、烧结温度为750 ℃时,产物表现出优异的倍率性能和长循环稳定性。在100、200、400、800和1600mA/g电流密度下的可逆比容量分别是155.3、149.6、145.4、139.6 和 130.2 mAh/g,而在 500 mA/g 电流密度下,样品循环 2000次后,比容量依然可以保持在102 mAh/g。不论是倍率性能还是长循环性能都远远高于纯Li4Ti5O12。结合结构分析和电化学阻抗分析,可以发现,具有较高离子电导率的四方相Li2ZrO3的形成,提高了Li4Ti5O12的离子导电率,同时表面Zr4+掺杂提高了Li4Ti5O12的电子电导率,从而明显改善了Li4Ti5O12的电化学性能。(2)采用复合锆酸锂(Li6Zr2O7+Li2ZrO3)对双相Li4Ti5012/Ti02进行改性,从而提高了Li4Ti5O12的倍率性能和循环性能。在700℃下烧结5 h时,合适质量比的产物获得了最佳的电化学性能。锐钛矿TiO2的存在提高了复合材料的比容量,复合材料在100 mA/g电流密度下循环100次后的比容量达到183.2 mAh/g,高于纯LTO的理论比容量。在200、400、800和1600 mA/g电流密度下的可逆比容量分别是179.1、176.5、173.3和169.3 mAh/g,说明复合材料具有优异的倍率性能。而在500 mA/g电流密度下,样品循环1400次后的比容量依然可以保持在144.7 mAh/g,表现出了很高的循环稳定性。经一系列的对比实验以及系统的表征分析,复合锆酸锂的形成不仅提高了双相Li4Ti5012/Ti02的离子电导率,同时,表面Zr4+掺杂还提高了电子电导率,因而提高了 Li4Ti5O12的综合电化学性能。(3)磷酸钦铝裡(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)具有较高的离子电导率,而且相比于其他的快离子导体,其电子电导率也相对较高。通过Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3与Li4Ti5O12混合烧结制备了Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)改性 Li4Ti5O12负极材料,当 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3与Li4Ti5O12质量比是0.026、在700 ℃温度烧结5 h时,产物表现出最好的电化学性能。在100、200、400、800和1600 mA/g电流密度下,可逆比容量分别是164.8、156.3、152.4、146.5 和 130.5 mAh/g,而在 500 mA/g 电流密度下循环 1200次后,其比容量依然可以保持在112mAh/g。复合材料的良好电化学性能,是因为Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3具有三维锂离子扩散通道,促进了锂离子的迁移,同时由于Al3+对Ti4+的替代导致电荷不平衡进而促进了电子转移。因此,Li4Ti5O12与Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3复合提高了离子和电子电导率,进而改善了Li4Ti5O12的电化学性能。