【摘 要】
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Li4Ti5O12(LTO)材料具有快速充电性能,而且材料的循环寿命长,安全性好,不会燃烧,因此LTO材料是动力型锂离子电池负极材料的候选者之一。但是,由于LTO材料固有的电子导电率低,因此在大电流密度工作条件下容量衰减迅速,而且LTO材料的能量密度低,电压平台高,这些缺点都阻碍了其商业化应用。因此,提高LTO材料本体的导电性能和充分利用材料在低电压下的容量将有助于其商业化应用。为提高LTO材料在
【基金项目】
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河北省科技计划项目(17964407D); 河北省科学院科技计划项目(181605);
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Li4Ti5O12(LTO)材料具有快速充电性能,而且材料的循环寿命长,安全性好,不会燃烧,因此LTO材料是动力型锂离子电池负极材料的候选者之一。但是,由于LTO材料固有的电子导电率低,因此在大电流密度工作条件下容量衰减迅速,而且LTO材料的能量密度低,电压平台高,这些缺点都阻碍了其商业化应用。因此,提高LTO材料本体的导电性能和充分利用材料在低电压下的容量将有助于其商业化应用。为提高LTO材料在实际应用中的倍率性能和循环性能,本文制备出了采用CaF2、Zn F2和LaF3修饰改性的LTO材料,并研究了其结构、形貌,以及电化学性能。(1)在CaF2改性LTO材料过程中,F-离子与Ca2+离子反应形成CaF2,CaF2没有在LTO的表面上形成连续的涂层,而是堆叠在LTO颗粒上。2 wt%CaF2修饰的LTO显示出比较优异的倍率性能,同时具有较小的Rsei和Rct值。CaF2改性的LTO的循环稳定性也得到改善,3C倍率下125周循环后的放电比容量为187 m Ah·g-1,容量保持率为96.7%。(2)在Zn2+和F-改性LTO材料过程中,Zn2+和F-没有在LTO的表面上生成Zn F2材料,而是在LTO表面形成了Zn O和Li F,同时又生成了Ti O2。改性过程的反应机制与Mg2+和F-改性LTO材料的机制类似。1 wt%Zn F2改性LTO材料显示出优异的倍率性能,Zn O材料在LTO表面形成了包覆层,包覆层能够抑制电解液与LTO之间的副反应,从而提升材料的性能。Zn F2改性的LTO的循环稳定性也得到改善。1 wt%Zn F2改性LTO样品循环200周以后的比容量为193.9 m Ah·g-1,容量保持率分别为96.0%。(3)在LaF3改性LTO材料过程中,La3+首先与F-作用生成了LaF3分散于LTO材料颗粒表面,形成了不完整的包覆层。但是,LaF3包覆层的引入并没有改变LTO材料的主体结构,LTO材料仍然保留了其原有的尖晶石结构。1 wt%LaF3改性的LTO样品在循环伏安测试中展现出较好的稳定性,相比于其他样品,1 wt%LaF3改性的LTO样品与电解液之间的副反应得到了一定的抑制。同时,1 wt%LaF3改性的LTO样品显示出优异的倍率性能和较好的循环稳定性,在循环的过程中经过一定时间的活化作用后,其容量最高可达到175 m Ah·g-1,在循环200周后的保持率为90.1%。
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