【摘 要】
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铌酸钛（TNO）是一种优异的嵌脱锂材料。其在发生嵌脱锂时有3对氧化还原电对(Nb5+/Nb4+,Nb4+/Nb3+,Ti4+/Ti3+)的参与,为其提供了高于石墨的理论容量,其平均对锂电位为1.6V,避免了电解液的分解,提升了电池安全性,此外其还有着良好的循环稳定性,目前倍受关注的两种铌酸钛材料:TiNb2O7与Ti2Nb10O29分别有着387.6mAh/g和396mAh/g的理论容量,但是其有
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铌酸钛（TNO）是一种优异的嵌脱锂材料。其在发生嵌脱锂时有3对氧化还原电对(Nb5+/Nb4+,Nb4+/Nb3+,Ti4+/Ti3+)的参与,为其提供了高于石墨的理论容量,其平均对锂电位为1.6V,避免了电解液的分解,提升了电池安全性,此外其还有着良好的循环稳定性,目前倍受关注的两种铌酸钛材料:TiNb2O7与Ti2Nb10O29分别有着387.6mAh/g和396mAh/g的理论容量,但是其有着较宽的禁带宽度（2.92eV）,表明其电子导电性较差。这无疑限制了TNO作为锂电负极材料方面的应用。本文主要从稀土元素钕的掺杂以及碳气凝胶的复合两个方面对铌酸钛材料进行了改性及研究。通过简单液相法制备得到了不同钕掺杂量的铌酸钛材料,XRD测试精修结果及理论计算结果都表明钕掺杂后晶胞体积增大,这将有利于锂离子在晶体内部的传输,而通过GITT及交流阻抗的测试,计算得出了钕掺杂后材料锂离子扩散系数增大,GITT计算结果表明,6%钕掺杂时锂离子扩散系数增大了约10倍左右,这表明通过较大半径离子掺杂,从而增大晶胞体积,以达到增大锂离子扩散系数的方法是可行的,而在循环稳定性及倍率性能的测试当中,钕掺杂的材料也表现出了更加优异的循环稳定性以及倍率性能,Nd0.06Ti0.94Nb2O6.97在1 C循环充放电500次以后依旧保持了173.0mAh/g的可逆容量,而其在50 C的高充放电倍率下依旧保持了92.5mAh/g的可逆比容量,相较于未掺杂的铌酸钛材料有了显著提升。葡萄糖经过水热法制备得到的碳气凝胶呈现为直径约100 nm左右的纳米棒相互堆积形成的多孔网络结构,将其与铌酸钛通过简单液相法制备出碳气凝胶/铌酸钛复合材料,在750℃煅烧得到的材料表现出优异的循环稳定性,在1C循环充放电500次后依旧保持了92.9%的可逆容量,对碳气凝胶进行氢氧化钾活化后,碳气凝胶内部纳米棒直径更小,孔道结构更丰富,通过简单溶剂法与铌酸钛进行复合后,得到的复合材料具有更加均匀的复合形貌,更好的继承了碳气凝胶的多孔网络结构,在循环稳定性测试当中也表现出优异的性能,而通过溶剂热法制备的氢氧化钾处理前后的碳气凝胶与铌酸钛的复合材料的颗粒更小,比表面积更大,且两种复合材料均展现出了较为理想的倍率性能。其中氢氧化钾处理后的碳气凝胶制备的复合材料更是在50C的倍率下依旧保持了140.6mAh/g的可逆比容量,通过不同扫速的CV进行计算,结果表明也表明高扫速下赝电容贡献了绝大部分的容量。
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