随着新能源领域的发展,锂离子电池由于其安全环保、寿命长的特点得到广泛应用。作为科技进步的推动者—材料,在提升锂离子电池性能方面起着至关重要的作用。钛酸锌锂作为新型负极材料,具有229 mAh g-1的理论容量(高于钛酸锂),并且具有和钛酸锂相似的稳定晶体结构,具有相对比较好的循环寿命。然而相对于商业化的石墨负极,钛酸锌锂的导电性较差,容易使其在大电流下产生较大的极化,导致差的电化学性能,为了解决这一问题,本文对钛酸锌锂进行表面碳包覆,以提高其导电性。探究了不同碳源黄腐酸、聚丙烯腈等在不同工艺条件下对钛酸锌锂电化学性能的影响和改性作用机理,主要内容如下:(1)在氮气气氛下高温烧结黄腐酸和钛酸锌锂的混合物,得到表面包覆突起状碳层的钛酸锌锂负极,该结构能够同时得到高的电子电导率和离子电导率,并且碳在提高钛酸锌锂导电性的同时实现了 N和S的共掺杂。实验结果表明,当黄腐酸量为28wt%,煅烧温度为800℃时,得到的材料首次效率达到88%,在0.1、0.2、0.4、0.8和1.6 A g-1电流密度下分别具有191、179.4、165.4、157.1、143.5 mAh g-1的放电容量,且在0.5 A g-1电流密度下循环1000次能够得到215.3 mAh g1的容量,经过改性,钛酸锌锂电化学性能得到明显改善。根据表征分析,黄腐酸在该条件下除了可实现N和S的共掺杂,在800℃烧结温度下能够得到一定的NO3-并降低SO42-的作用,有利于进一步提高离子电导率,提高了钛酸锌锂的综合电化学性能。(2)利用聚丙烯腈易环化交联的特性,在钛酸锌锂表面均匀包覆碳层,在提高钛酸锌锂导电性的同时实现了 N对钛酸锌锂的掺杂。实验结果表明,当聚丙烯腈的含量为60 wt%,煅烧温度为800℃时,碳包覆钛酸锌锂在0.1、0.2、0.4、0.8和1.6 A g-1电流密度下的放电容量分别为242.6、226、209.5、196.6和181.7 mAh g-1,并且在0.5Ag-1电流密度下循环1100次能够得到250.8 mAh g-1的容量,相比于纯的钛酸锌锂,电化学性能显著提高。N掺杂带来的大量缺陷能够提高钛酸锌锂的离子电导率,加上碳层带来的高的电子电导率,二者的共同提高得到了优化的电化学性能,并且均匀包覆的碳层能够隔绝电解液,避免了副反应的发生,提高了循环稳定性。(3)对聚丙烯腈和钛酸锌锂混合物进行预氧化处理,当聚丙烯腈量为40 wt%,煅烧温度为850℃时,制得的产物在0.1、0.2、0.4、0.8和1.6Ag1的电流密度下的放电容量分别为223.8、198.3、179.3、163.8和147.8 mAh g-1,相比较于该条件下未进行预氧化的样品得到了明显的提高。其性能提高主要由于预氧化过程带入的O能够和C结合,保留了更多的C,合适的碳含量提高了材料的电子电导率,并且预氧化过程提高了 N-Zn键的含量,其能够在锂化过程中转化为Zn和Li3N,加速锂离子扩散,总体上提高了材料的电子电导率和离子电导率,因此共同提高的电子电导率和离子电导率促使材料在预氧化的工艺下具有更加优异的电化学性能。