多维度碳阵列负载钛基氧化物复合电极的构建及其储锂性能
发布时间：2023-03-29 03:58
钛基氧化物由于在脱嵌锂时体积膨胀率较小,且无锂枝晶和固体电解质界面(SEI)膜的生成,因而在大电流下表现出优异的循环稳定性和安全性能,适合用作高倍率锂离子电池电极材料。本文针对钛基氧化物(Li4Ti5O12(LTO)和Ti2Nb10O29(TNO))电子/离子电导率低从而影响电极高倍率性能的问题,设计了一系列多维度碳阵列作为电极导电骨架,提供电子快速传输通道;利用原子层沉积(ALD)、水热、溶剂热等方法负载纳米级氧化物,缩短离子/电子传输路径;并结合离子掺杂,提高钛基氧化物本征电子电导率和离子扩散效率。多种改性手段协同作用,有效改善了钛基氧化物的电化学性能。同时,本文利用电子顺磁共振谱和紫外-可见光谱等探索了钛基氧化物电化学性能提升的机理。此外,本文也研究了Li4Ti5O12//LiFePO4(LTO//LFP)和Ti2Nb10
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池发展历史
1.2.2 锂离子电池组成和工作原理
1.2.3 锂离子电池负极材料研究进展
1.3 尖晶石钛酸锂负极材料研究进展
1.3.1 钛酸锂的结构及其电化学特性
1.3.2 钛酸锂材料的制备方法
1.3.2.1 高温固相反应法
1.3.2.2 水热/溶剂热法
1.3.2.3 溶胶-凝胶法
1.3.2.4 静电纺丝法
1.3.2.5 其他制备方法
1.3.3 钛酸锂材料的改性方法
1.3.3.1 复合
1.3.3.2 纳米结构设计
1.3.3.3 离子掺杂
1.4 钛铌氧负极材料研究进展
1.4.1 钛铌氧的结构及其电化学特性
1.4.2 钛铌氧材料的制备方法
1.4.2.1 高温固相反应法
1.4.2.2 水热/溶剂热法
1.4.2.3 溶胶-凝胶法
1.4.2.4 静电纺丝法
1.4.2.5 其他制备方法
1.4.3 钛铌氧材料的改性方法
1.4.3.1 复合
1.4.3.2 纳米结构设计
1.4.3.3 离子掺杂
1.5 本论文的选题依据和研究内容
第二章 实验设备与实验方法
2.1 实验试剂与设备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验设备
2.2 材料表征
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
2.2.3 X射线衍射分析(XRD)
2.2.4 拉曼(Raman)分析
2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.6 比表面积分析
2.2.7 热重(TG)分析
2.2.8 紫外-可见吸收光谱(UV-vis)
2.2.9 电子顺磁共振(EPR)
2.3 材料电化学性能测试
2.3.1 电极片制备及电池组装
2.3.2 循环伏安法(CV)测试
2.3.3 电化学阻抗谱(EIS)测试
2.3.4 恒电流充放电测试
第三章 多维度碳阵列负载Li4Ti5O12 柔性电极的制备及电化学性能
3.1 引言
3.2 碳纳米管阵列负载Li4Ti5O12 柔性电极的制备及电化学性能
3.2.1 CNTs/LTO核/壳阵列的制备
3.2.2 CNTs/LTO核/壳阵列的形貌与结构分析
3.2.3 CNTs/LTO核/壳阵列的电化学性能
3.3 垂直石墨烯阵列负载Li4Ti5O12 包覆碳纳米管复合电极的制备及电化学性能
3.3.1 三明治结构VG/LTO-CNTs阵列的制备
3.3.2 三明治结构VG/LTO-CNTs阵列的形貌与结构分析
3.3.3 三明治结构VG/LTO-CNTs阵列的电化学性能
3.4 本章小结
第四章 缺陷改性Li4Ti5O12 复合碳阵列一体化电极的制备及电化学性能
4.1 引言
4.2 碳纳米纤维阵列负载氧空位Li4Ti5O12 复合电极的制备及电化学性能
4.2.1 H-LTO@NCFs核/壳阵列的制备
4.2.2 H-LTO@NCFs核/壳阵列的形貌与结构分析
4.2.3 H-LTO@NCFs核/壳阵列的电化学性能
4.3 TiC/C纳米线阵列负载氮掺杂Li4Ti5O12 复合电极的制备及电化学性能
4.3.1 N-LTO@TiC/C枝/杈结构阵列的制备
4.3.2 N-LTO@TiC/C枝/杈结构阵列的形貌与结构分析
4.3.3 N-LTO@TiC/C枝/杈结构阵列的电化学性能
4.4 本章小结
第五章 碳包覆Ti2Nb10O29 复合TiC/C纳米线阵列一体化电极的制备及电化学性能
5.1 引言
5.2 三明治结构NC-TNO@TiC/C阵列的制备
5.3 三明治结构NC-TNO@TiC/C阵列的形貌与结构分析
5.4 三明治结构NC-TNO@TiC/C阵列的电化学性能
5.5 本章小结
第六章 多级结构碳阵列负载氮掺杂Ti2Nb10O29 复合电极的制备及电化学性能
6.1 引言
6.2 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈结构阵列的制备
6.3 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈结构阵列的形貌与结构分析
6.4 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈结构阵列的电化学性能
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 工作展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表的学术论文及其他研究成果
本文编号：3773949
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池发展历史
1.2.2 锂离子电池组成和工作原理
1.2.3 锂离子电池负极材料研究进展
1.3 尖晶石钛酸锂负极材料研究进展
1.3.1 钛酸锂的结构及其电化学特性
1.3.2 钛酸锂材料的制备方法
1.3.2.1 高温固相反应法
1.3.2.2 水热/溶剂热法
1.3.2.3 溶胶-凝胶法
1.3.2.4 静电纺丝法
1.3.2.5 其他制备方法
1.3.3 钛酸锂材料的改性方法
1.3.3.1 复合
1.3.3.2 纳米结构设计
1.3.3.3 离子掺杂
1.4 钛铌氧负极材料研究进展
1.4.1 钛铌氧的结构及其电化学特性
1.4.2 钛铌氧材料的制备方法
1.4.2.1 高温固相反应法
1.4.2.2 水热/溶剂热法
1.4.2.3 溶胶-凝胶法
1.4.2.4 静电纺丝法
1.4.2.5 其他制备方法
1.4.3 钛铌氧材料的改性方法
1.4.3.1 复合
1.4.3.2 纳米结构设计
1.4.3.3 离子掺杂
1.5 本论文的选题依据和研究内容
第二章 实验设备与实验方法
2.1 实验试剂与设备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验设备
2.2 材料表征
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
2.2.3 X射线衍射分析(XRD)
2.2.4 拉曼(Raman)分析
2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.6 比表面积分析
2.2.7 热重(TG)分析
2.2.8 紫外-可见吸收光谱(UV-vis)
2.2.9 电子顺磁共振(EPR)
2.3 材料电化学性能测试
2.3.1 电极片制备及电池组装
2.3.2 循环伏安法(CV)测试
2.3.3 电化学阻抗谱(EIS)测试
2.3.4 恒电流充放电测试
第三章 多维度碳阵列负载Li4Ti5O12 柔性电极的制备及电化学性能
3.1 引言
3.2 碳纳米管阵列负载Li4Ti5O12 柔性电极的制备及电化学性能
3.2.1 CNTs/LTO核/壳阵列的制备
3.2.2 CNTs/LTO核/壳阵列的形貌与结构分析
3.2.3 CNTs/LTO核/壳阵列的电化学性能
3.3 垂直石墨烯阵列负载Li4Ti5O12 包覆碳纳米管复合电极的制备及电化学性能
3.3.1 三明治结构VG/LTO-CNTs阵列的制备
3.3.2 三明治结构VG/LTO-CNTs阵列的形貌与结构分析
3.3.3 三明治结构VG/LTO-CNTs阵列的电化学性能
3.4 本章小结
第四章 缺陷改性Li4Ti5O12 复合碳阵列一体化电极的制备及电化学性能
4.1 引言
4.2 碳纳米纤维阵列负载氧空位Li4Ti5O12 复合电极的制备及电化学性能
4.2.1 H-LTO@NCFs核/壳阵列的制备
4.2.2 H-LTO@NCFs核/壳阵列的形貌与结构分析
4.2.3 H-LTO@NCFs核/壳阵列的电化学性能
4.3 TiC/C纳米线阵列负载氮掺杂Li4Ti5O12 复合电极的制备及电化学性能
4.3.1 N-LTO@TiC/C枝/杈结构阵列的制备
4.3.2 N-LTO@TiC/C枝/杈结构阵列的形貌与结构分析
4.3.3 N-LTO@TiC/C枝/杈结构阵列的电化学性能
4.4 本章小结
第五章 碳包覆Ti2Nb10O29 复合TiC/C纳米线阵列一体化电极的制备及电化学性能
5.1 引言
5.2 三明治结构NC-TNO@TiC/C阵列的制备
5.3 三明治结构NC-TNO@TiC/C阵列的形貌与结构分析
5.4 三明治结构NC-TNO@TiC/C阵列的电化学性能
5.5 本章小结
第六章 多级结构碳阵列负载氮掺杂Ti2Nb10O29 复合电极的制备及电化学性能
6.1 引言
6.2 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈结构阵列的制备
6.3 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈结构阵列的形貌与结构分析
6.4 N-TNO@TiC/C-NC枝/杈结构阵列的电化学性能
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 工作展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表的学术论文及其他研究成果
本文编号：3773949
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