SrLi2Ti6O14负极材料的改性和结构设计及电化学性能

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SrLi2Ti6O14作为锂离子电池负极材料,与Li4Ti5O12相比,不仅具有稳定的晶体结构,而且有更低的电压平台(~1.41 V)和更高的理论比容量(262.02 m A h g-1),应用前景广阔,引起了研究人员的广泛关注。但这类材料的结构和性能关系仍有待深入研究,本论文拟从包覆改性和形貌调控两方面入手,结合理论计算与实验表征揭示储锂机制及性能提升机制并研究不同形貌对电池性能影响。通过溶胶-凝胶和固相法成功合成SrLi2Ti6O14负极材料,以溶剂蒸干和固相法分别在其表面包覆Al F3(0、3、5和8wt.%)和Zr O2(0、2、5和10 wt.%)形成复合材料SLTO@AF和SLTO@ZO。结果表明:Al F3和Zr O2包覆层可以抑制电解质中HF等酸性物质的腐蚀,保护材料的结构稳定,提高离子扩散动力学,且5 wt.%Al F3和Zr O2复合材料具有更长、更稳定的电压平台,更快的锂离子扩散能力。为了研究特殊结构对其电化学性能的影响,本文对SrLi2Ti6O14的形貌结构纳米化处理以及不同方式组装,对纳米粒子、分级微球和中空分级球形貌对电池性能的影响展开系统的研究。结果表明:中空分级微球结构的SLTO缩短了载流子扩散自由程,良好的锂离子迁移弹性提高了电池性能。在满足中空分级结构良好电解质浸润性的前提下,为了提高其振实密度,本文将其设计为双层中空结构,通过不同量的TBOT的水解程度调控其稳定性。结果表明:当添加量为2.5 mmol时合成直径约500~800 nm、内径约400 nm的双层中空球,该结构能够抑制体积变化、缩短载流子扩散自由程、对锂离子的快速扩散起到良好的缓冲,因此具有高的稳定性和可逆性。上述研究结果表明:对于电极材料,在其表面包覆和对纳米材料的结构进行调控均可以有效改善材料的电化学性能。
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