第1章 引言 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 锂离子电池概述 3
1.2.1 锂离子电池的发展状况 3
1.2.2 锂离子电池的结构和工作原理 4
1.3 锂离子电池负极材料 5
1.3.1 碳负极材料 5
1.3.2 金属、氧化物负极材料 6
1.4 钛酸锂的结构和电化学性能 7
1.5 尖晶石型钛酸锂的制备方法 9
1.5.1 高温固相法 9
1.5.2 微波合成法 11
1.5.3 溶胶-凝胶法 12
1.5.4 水热/溶剂热法 13
1.5.5 其他方法 13
1.6 尖晶石型钛酸锂的改性研究 14
1.6.1 表面改性 14
1.6.2 元素掺杂 18
1.6.3 粒径和形貌控制 19
1.7 论文的提出及研究内容 20
1.7.1 钛酸锂负极材料存在的主要问题 20
1.7.2 课题研究内容 21
第2章 实验部分 23
2.1 材料制备 23
2.1.1 化学试剂 23
2.1.2 材料合成 24
2.2 材料表征 24
2.2.1 材料的物理化学表征 25
2.2.2 材料的电化学性能表征 27
第3章 纳米颗粒钛酸锂/碳复合材料的设计和制备及其电化学性能研究 29
3.1 实验方法 29
3.2 钛酸锂负极材料的结构设计 30
3.3 表面活性剂对钛酸锂物相和结构的影响分析 31
3.3.1 钛酸锂制备过程中的物相变化 31
3.3.2 钛酸锂材料的形貌和结构表征 32
3.3.3 钛酸锂表面残留碳的结构表征和含量分析 34
3.3.4 钛酸锂材料的成分分析 35
3.4 表面活性剂对钛酸锂电化学性能的影响 36
3.4.1 表面活性剂对钛酸锂倍率和循环性能的影响 36
3.4.2 钛酸锂材料制备中表面活性剂浓度的优化 37
3.4.3 钛酸锂材料嵌脱锂反应过程分析 38
3.4.4 钛酸锂材料电子迁移和锂离子扩散过程分析 39
3.5 本章小结 41
第4章 纳米片状钛酸锂表面氮掺杂碳包覆层的构建及其电化学性能研究 43
4.1 实验方法 44
4.2 钛酸锂表面多功能氮掺杂碳包覆层的构建过程 44
4.3 氮掺杂碳包覆钛酸锂的物相和结构分析 45
4.3.1 钛酸锂制备过程中水热前驱体的表征 45
4.3.2 反应温度对钛酸锂物相的影响 46
4.3.3 反应温度对钛酸锂表面残碳量的影响 47
4.3.4 反应温度对钛酸锂形貌的影响 48
4.3.5 氮掺杂碳包覆钛酸锂的结构表征 50
4.3.6 钛酸锂表面氮掺杂碳包覆层的结构表征和成分分析 50
4.4 氮掺杂碳包覆钛酸锂的电化学性能表征 52
4.4.1 钛酸锂的倍率和循环性能表征 52
4.4.2 钛酸锂材料嵌脱锂反应活性研究 54
4.4.3 钛酸锂表面氮掺杂碳包覆对电池内阻和锂离子扩散的影响 55
4.4.4 氮掺杂碳包覆层对钛酸锂/电解液界面反应活性的抑制作用 57
4.5 本章小结 58
第5章 ZnO修饰层抑制钛酸锂/电解液界面反应研究 61
5.1 实验方法 62
5.2 金属氧化物包覆层对钛酸锂/电解液界面反应的抑制作用 62
5.3 ZnO修饰对钛酸锂物相、形貌和结构的影响 63
5.3.1 ZnO修饰对钛酸锂物相的影响 63
5.3.2 ZnO修饰对钛酸锂表面成分变化的影响 64
5.3.3 ZnO修饰对钛酸锂形貌和结构的影响 65
5.3.4 ZnO修饰钛酸锂材料的元素分布情况 66
5.4 ZnO修饰对钛酸锂电化学性能的影响 67
5.4.1 不同含量ZnO修饰对钛酸锂的倍率和循环性能的影响 67
5.4.2 ZnO修饰对电化学反应中锂离子扩散和电子传导的影响 68
5.4.3 ZnO修饰对抑制钛酸锂/电解液界面副反应的作用分析 70
5.5 本章小结 72
第6章 嵌锂深度对钛酸锂结构和电化学性能的影响 73
6.1 实验方法 73
6.2 钛酸锂的物相和形貌分析 74
6.3 嵌锂深度对钛酸锂电化学性能的影响 74
6.3.1 嵌锂深度对钛酸锂倍率性能的影响 74
6.3.2 嵌锂深度对钛酸锂循环性能的影响 77
6.4 嵌锂深度对锂离子扩散的影响 77
6.5 嵌锂深度对电池内部阻抗的影响 79
6.6 深度嵌锂对钛酸锂表面固态电解质膜形成的促进作用 82
6.7 不同嵌锂深度下固态电解质膜的形成机理和成分分析 83
6.8 本章小结 87
第7章 结论 89
参考文献 91
索引 103
在学期间发表的学术论文与研究成果 105
致谢 108