本文主要研究内容
作者杨睿娜（2019）在《Li4Ti5O12的改性制备及电化学性能研究》一文中研究指出：锂离子电池（LIBs）因为其具有较高的能量密度,能够实现快速充放电并且有着优良的循环性能,目前被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车中。而锂离子电池的负极材料在电化学反应中有着很重要的作用。在锂离子负极材料中,Li4Ti5O12材料作为锂离子电池的负极材料,自身有着许多优势,其制备成本较低,具有较高的对锂电位（1.55 V）,能够有效避免生成锂枝晶,所以提高了安全性能,最重要的一点就是Li4Ti5O12材料的晶胞体积在锂离子嵌入和脱出的过程中几乎不发生改变,被称为“零应变材料”,所以Li4Ti5O12材料相比于其他锂电负极材料,其有着极其优异的长循环性能。然而,其也具有自身的劣势,那就是理论容量较低(175 mA h g-1),电子导电率(10-13 S cm-1)和锂离子扩散系数(10-9-10-13cm2s-1)极低,在大电流密度下极化现象较严重,这些缺点严重阻碍了Li4Ti5O12材料的实际应用。本文针对钛酸锂(Li4Ti5O12)材料极差的导电性和极低的锂离子扩散系数,通过采用水热法和共沉淀的合成方法,合成具有二维形貌的Al3+掺杂的钛酸锂材料、Li4Ti5O12二维小纳米片、分级介孔的Nd3+掺杂的钛酸锂材料来改善其存在的缺点。通过加入不同量的掺杂离子或溶剂来调控形貌和产物的电化学性能,同时结合了一系列物相表征测试和电化学测试,对其电化学性能进行研究。具体内容如下:1.采用水热法合成了二维片状的Li4-x/3Ti5-2x/3AlxO12（x=0,0.02,0.04,0.06,0.08）材料。测试结果表明:Al3+掺入到了Li4Ti5O12材料的晶格内。讨论了不同Al（NO3）3·9H2O的加入量,对该材料电化学性能的影响。经过电化学测试得出,Li3.98Ti4.96Al0.06O12材料的电化学性能最佳。该材料在1 C的电流密度下,首次放电容量为163.7 mA h g-1,而同样条件下制备的纯相Li4Ti5O12首次放电容量仅为143.6 mA h g-1。该材料也表现出了较优异的倍率性能,在电流密度分别为5 C、10 C、20 C和30 C时,其放电容量分别为154.7、150.6、147.6和145.1 mA h g-1,而同样条件下制备的纯相Li4Ti5O12的放电容量分别为138.7、130.6、122.7和118.9mA h g-1。在电流密度为10 C下,首次放电容量为153 mA h g-1,循环1000圈后,其放电容量仍能保持在131.6 mA h g-1,容量保持率为86%,而同样条件下制备的纯相Li4Ti5O12首次放电容量为126.6 mA h g-1,循环1000圈后,放电容量只有98.8 mA h g-1,容量保持率为78%。即使在40 C大电流密度时,此材料的放电容量为131.8 mA h g-1,明显高于纯相Li4Ti5O12的放电容量(103.3 mA h g-1)。2.采用常温共沉淀方法制备出二维片状Li4Ti5O12材料,通过调节钛酸丁酯的乙醇溶液中无水乙醇的加入量来调控Li4Ti5O12材料的形貌。并且讨论了不同无水乙醇加入量,对合成出的样品的电化学性能的影响。从实验结果发现,当无水乙醇的添加量为15 mL时,样品呈现出小纳米片的形貌并且展示出了较优良的电化学性能。通过电化学测试得出,二维小纳米片状的Li4Ti5O12材料在电流密度分别为5 C、10 C、20 C和30 C时,其放电容量分别为147.9、141.2、135.9和132.5 mA h g-1,而非二维形貌的钛酸锂材料放电容量分别为129、123.6、115.9和109.1 mA h g-1。在5 C的电流密度下,首次放电容量为148.2 mA h g-1,循环1000圈后,其放电容量仍能保持在132.2 mA h g-1,容量保持率为89.2%,而非二维形貌的钛酸锂材料首次放电容量为134 mA h g-1,循环1000圈后,放电容量只有75.5 mA h g-1,容量保持率为56.3%。3.采用共沉淀方法制备了分级介孔形貌的Li4-xTi5Ndx/3O12（x=0,0.06,0.12,0.18,0.24,0.3）材料。讨论了不同Nd（NO3）3·5H2O的添加量对材料电化学性能的影响。测试结果表明:Nd3+掺入到了Li4Ti5O12晶格内。并且经过电化学测试数据得出,Li3.88Ti5Nd0.04O12材料表现出较优良的电化学性能。该材料的1 C的电流密度下,其首次放电容量为157.9 mA h g-1,而未掺杂的Li4Ti5O12材料的首次放电容量为143.6 mA h g-1。并且,在电流密度分别为2 C、5 C、10 C和20 C时,该材料的首次放电容量分别为155、146.7、141.5和127.8 mA h g-1,而相同电流密度下,未掺杂的Li4Ti5O12材料的首次放电容量分别为138.6、131.1、123.2和117.1 mA h g-1。在5 C的电流密度下,该材料放电容量为157.4 mA h g-1,循环500圈后,放电容量仍有138.3 mA h g-1,容量保持率为87.7%,其放电容量和容量保持率都明显高于没有掺杂的Li4Ti5O12。(首次放电容量为140.4 mA h g-1,循环500圈后,放电容量为102.3 mA h g-1,容量保持率为72.7%)。
Abstract
li li zi dian chi （LIBs）yin wei ji ju you jiao gao de neng liang mi du ,neng gou shi xian kuai su chong fang dian bing ju you zhao you liang de xun huan xing neng ,mu qian bei an fan ying yong yu bian xie shi dian zi she bei he dian dong qi che zhong 。er li li zi dian chi de fu ji cai liao zai dian hua xue fan ying zhong you zhao hen chong yao de zuo yong 。zai li li zi fu ji cai liao zhong ,Li4Ti5O12cai liao zuo wei li li zi dian chi de fu ji cai liao ,zi shen you zhao hu duo you shi ,ji zhi bei cheng ben jiao di ,ju you jiao gao de dui li dian wei （1.55 V）,neng gou you xiao bi mian sheng cheng li zhi jing ,suo yi di gao le an quan xing neng ,zui chong yao de yi dian jiu shi Li4Ti5O12cai liao de jing bao ti ji zai li li zi qian ru he tuo chu de guo cheng zhong ji hu bu fa sheng gai bian ,bei chen wei “ling ying bian cai liao ”,suo yi Li4Ti5O12cai liao xiang bi yu ji ta li dian fu ji cai liao ,ji you zhao ji ji you yi de chang xun huan xing neng 。ran er ,ji ye ju you zi shen de lie shi ,na jiu shi li lun rong liang jiao di (175 mA h g-1),dian zi dao dian lv (10-13 S cm-1)he li li zi kuo san ji shu (10-9-10-13cm2s-1)ji di ,zai da dian liu mi du xia ji hua xian xiang jiao yan chong ,zhe xie que dian yan chong zu ai le Li4Ti5O12cai liao de shi ji ying yong 。ben wen zhen dui tai suan li (Li4Ti5O12)cai liao ji cha de dao dian xing he ji di de li li zi kuo san ji shu ,tong guo cai yong shui re fa he gong chen dian de ge cheng fang fa ,ge cheng ju you er wei xing mao de Al3+can za de tai suan li cai liao 、Li4Ti5O12er wei xiao na mi pian 、fen ji jie kong de Nd3+can za de tai suan li cai liao lai gai shan ji cun zai de que dian 。tong guo jia ru bu tong liang de can za li zi huo rong ji lai diao kong xing mao he chan wu de dian hua xue xing neng ,tong shi jie ge le yi ji lie wu xiang biao zheng ce shi he dian hua xue ce shi ,dui ji dian hua xue xing neng jin hang yan jiu 。ju ti nei rong ru xia :1.cai yong shui re fa ge cheng le er wei pian zhuang de Li4-x/3Ti5-2x/3AlxO12（x=0,0.02,0.04,0.06,0.08）cai liao 。ce shi jie guo biao ming :Al3+can ru dao le Li4Ti5O12cai liao de jing ge nei 。tao lun le bu tong Al（NO3）3·9H2Ode jia ru liang ,dui gai cai liao dian hua xue xing neng de ying xiang 。jing guo dian hua xue ce shi de chu ,Li3.98Ti4.96Al0.06O12cai liao de dian hua xue xing neng zui jia 。gai cai liao zai 1 Cde dian liu mi du xia ,shou ci fang dian rong liang wei 163.7 mA h g-1,er tong yang tiao jian xia zhi bei de chun xiang Li4Ti5O12shou ci fang dian rong liang jin wei 143.6 mA h g-1。gai cai liao ye biao xian chu le jiao you yi de bei lv xing neng ,zai dian liu mi du fen bie wei 5 C、10 C、20 Che 30 Cshi ,ji fang dian rong liang fen bie wei 154.7、150.6、147.6he 145.1 mA h g-1,er tong yang tiao jian xia zhi bei de chun xiang Li4Ti5O12de fang dian rong liang fen bie wei 138.7、130.6、122.7he 118.9mA h g-1。zai dian liu mi du wei 10 Cxia ,shou ci fang dian rong liang wei 153 mA h g-1,xun huan 1000juan hou ,ji fang dian rong liang reng neng bao chi zai 131.6 mA h g-1,rong liang bao chi lv wei 86%,er tong yang tiao jian xia zhi bei de chun xiang Li4Ti5O12shou ci fang dian rong liang wei 126.6 mA h g-1,xun huan 1000juan hou ,fang dian rong liang zhi you 98.8 mA h g-1,rong liang bao chi lv wei 78%。ji shi zai 40 Cda dian liu mi du shi ,ci cai liao de fang dian rong liang wei 131.8 mA h g-1,ming xian gao yu chun xiang Li4Ti5O12de fang dian rong liang (103.3 mA h g-1)。2.cai yong chang wen gong chen dian fang fa zhi bei chu er wei pian zhuang Li4Ti5O12cai liao ,tong guo diao jie tai suan ding zhi de yi chun rong ye zhong mo shui yi chun de jia ru liang lai diao kong Li4Ti5O12cai liao de xing mao 。bing ju tao lun le bu tong mo shui yi chun jia ru liang ,dui ge cheng chu de yang pin de dian hua xue xing neng de ying xiang 。cong shi yan jie guo fa xian ,dang mo shui yi chun de tian jia liang wei 15 mLshi ,yang pin cheng xian chu xiao na mi pian de xing mao bing ju zhan shi chu le jiao you liang de dian hua xue xing neng 。tong guo dian hua xue ce shi de chu ,er wei xiao na mi pian zhuang de Li4Ti5O12cai liao zai dian liu mi du fen bie wei 5 C、10 C、20 Che 30 Cshi ,ji fang dian rong liang fen bie wei 147.9、141.2、135.9he 132.5 mA h g-1,er fei er wei xing mao de tai suan li cai liao fang dian rong liang fen bie wei 129、123.6、115.9he 109.1 mA h g-1。zai 5 Cde dian liu mi du xia ,shou ci fang dian rong liang wei 148.2 mA h g-1,xun huan 1000juan hou ,ji fang dian rong liang reng neng bao chi zai 132.2 mA h g-1,rong liang bao chi lv wei 89.2%,er fei er wei xing mao de tai suan li cai liao shou ci fang dian rong liang wei 134 mA h g-1,xun huan 1000juan hou ,fang dian rong liang zhi you 75.5 mA h g-1,rong liang bao chi lv wei 56.3%。3.cai yong gong chen dian fang fa zhi bei le fen ji jie kong xing mao de Li4-xTi5Ndx/3O12（x=0,0.06,0.12,0.18,0.24,0.3）cai liao 。tao lun le bu tong Nd（NO3）3·5H2Ode tian jia liang dui cai liao dian hua xue xing neng de ying xiang 。ce shi jie guo biao ming :Nd3+can ru dao le Li4Ti5O12jing ge nei 。bing ju jing guo dian hua xue ce shi shu ju de chu ,Li3.88Ti5Nd0.04O12cai liao biao xian chu jiao you liang de dian hua xue xing neng 。gai cai liao de 1 Cde dian liu mi du xia ,ji shou ci fang dian rong liang wei 157.9 mA h g-1,er wei can za de Li4Ti5O12cai liao de shou ci fang dian rong liang wei 143.6 mA h g-1。bing ju ,zai dian liu mi du fen bie wei 2 C、5 C、10 Che 20 Cshi ,gai cai liao de shou ci fang dian rong liang fen bie wei 155、146.7、141.5he 127.8 mA h g-1,er xiang tong dian liu mi du xia ,wei can za de Li4Ti5O12cai liao de shou ci fang dian rong liang fen bie wei 138.6、131.1、123.2he 117.1 mA h g-1。zai 5 Cde dian liu mi du xia ,gai cai liao fang dian rong liang wei 157.4 mA h g-1,xun huan 500juan hou ,fang dian rong liang reng you 138.3 mA h g-1,rong liang bao chi lv wei 87.7%,ji fang dian rong liang he rong liang bao chi lv dou ming xian gao yu mei you can za de Li4Ti5O12。(shou ci fang dian rong liang wei 140.4 mA h g-1,xun huan 500juan hou ,fang dian rong liang wei 102.3 mA h g-1,rong liang bao chi lv wei 72.7%)。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自新疆大学的杨睿娜，发表于刊物新疆大学2019-07-23论文，是一篇关于离子掺杂论文,共沉淀法论文,水热法论文,锂离子电池论文,电化学性能论文,新疆大学2019-07-23论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自新疆大学2019-07-23论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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