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| 編輯推薦： |
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清华大学优秀博士学位论文丛书（以下简称优博丛书）精选自2014年以来入选的清华大学校级优秀博士学位论文（Top 5%）。每篇论文经作者进一步修改、充实并增加导师序言后，以专著形式呈现在读者面前。优博丛书选题范围涉及自然科学和人文社会科学各主要领域，覆盖清华大学开设的全部一级学科，代表了清华大学各学科*秀的博士学位论文的水平，反映了相关领域*的科研进展，具有较强的前沿性、系统性和可读性，是广大博硕士研究生开题及撰写学位论文的必备参考，也是科研人员快速和系统了解某一细分领域发展概况、*进展以及创新思路的有效途径。
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| 內容簡介： |
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本书从高安全性和高功率密度钛酸锂负极材料的设计入手，针对钛酸锂电子导电性差、理论容量小、储存及工作过程中存在胀气现象等难题开展了研究工作，通过新颖的结构设计制备出电化学性能优异的钛酸锂材料，并对钛酸锂电解液之间的界面副反应过程进行了解析，揭示了多功能化的表面修饰层对钛酸锂电解液之间界面副反应活性的重要调控作用，进而探讨了嵌锂深度对钛酸锂比容量的影响，为高功率、高能量及长寿命钛酸锂材料的开发和钛酸锂基电池胀气问题的解决提供思路，供相关领域研究者参考。
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| 目錄：
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目录
第1章引言
1.1选题背景及意义
1.2锂离子电池概述
1.2.1锂离子电池的发展状况
1.2.2锂离子电池的结构和工作原理
1.3锂离子电池负极材料
1.3.1碳负极材料
1.3.2金属、氧化物负极材料
1.4钛酸锂钛酸锂的结构和电化学性能
1.5尖晶石型钛酸锂钛酸锂的制备方法
1.5.1高温固相法
1.5.2微波合成法
1.5.3溶胶凝胶法
1.5.4水热溶剂热法
1.5.5其他方法
1.6尖晶石型钛酸锂钛酸锂的改性研究
1.6.1表面改性
1.6.2元素掺杂
1.6.3粒径和形貌控制
1.7论文的提出及研究内容
1.7.1钛酸锂钛酸锂负极材料存在的主要问题
1.7.2课题研究内容
第2章实验部分
2.1材料制备
2.1.1化学试剂
2.1.2材料合成
2.2材料表征
2.2.1材料的物理化学表征
2.2.2材料的电化学性能表征
第3章纳米颗粒钛酸锂钛酸锂碳复合材料的设计和制备及其电化学性能
研究
3.1实验方法
3.2钛酸锂钛酸锂负极材料的结构设计
3.3表面活性剂对钛酸锂钛酸锂物相和结构的影响分析
3.3.1钛酸锂钛酸锂制备过程中的物相变化
3.3.2钛酸锂钛酸锂材料的形貌和结构表征
3.3.3钛酸锂钛酸锂表面残留碳的结构表征和含量分析
3.3.4钛酸锂钛酸锂材料的成分分析
3.4表面活性剂对钛酸锂钛酸锂电化学性能的影响
3.4.1表面活性剂对钛酸锂钛酸锂倍率和循环性能的影响
3.4.2钛酸锂钛酸锂材料制备中表面活性剂浓度的优化
3.4.3钛酸锂钛酸锂材料嵌脱锂反应过程分析
3.4.4钛酸锂钛酸锂材料电子迁移和锂离子扩散过程分析
3.5本章小结
第4章纳米片状钛酸锂钛酸锂表面氮掺杂碳包覆层的构建及其电化学性能
研究
4.1实验方法
4.2钛酸锂钛酸锂表面多功能氮掺杂碳包覆层的构建过程
4.3氮掺杂碳包覆钛酸锂钛酸锂的物相和结构分析
4.3.1钛酸锂钛酸锂制备过程中水热前驱体的表征
4.3.2反应温度对钛酸锂钛酸锂物相的影响
4.3.3反应温度对钛酸锂钛酸锂表面残碳量的影响
4.3.4反应温度对钛酸锂钛酸锂形貌的影响
4.3.5氮掺杂碳包覆钛酸锂钛酸锂的结构表征
4.3.6钛酸锂钛酸锂表面氮掺杂碳包覆层的结构表征和成分分析
4.4氮掺杂碳包覆钛酸锂钛酸锂的电化学性能表征
4.4.1钛酸锂钛酸锂的倍率和循环性能表征
4.4.2钛酸锂钛酸锂材料嵌脱锂反应活性研究
4.4.3钛酸锂钛酸锂表面氮掺杂碳包覆对电池内阻和锂离子扩散
的影响
4.4.4氮掺杂碳包覆层对钛酸锂钛酸锂电解液界面反应活性
的抑制作用
4.5本章小结
第5章ZnO修饰层抑制钛酸锂钛酸锂电解液界面反应研究
5.1实验方法
5.2金属氧化物包覆层对钛酸锂钛酸锂电解液界面反应的抑制作用
5.3ZnO修饰对钛酸锂钛酸锂物相、形貌和结构的影响
5.3.1ZnO修饰对钛酸锂钛酸锂物相的影响
5.3.2ZnO修饰对钛酸锂钛酸锂表面成分变化的影响
5.3.3ZnO修饰对钛酸锂钛酸锂形貌和结构的影响
5.3.4ZnO修饰钛酸锂钛酸锂材料的元素分布情况
5.4ZnO修饰对钛酸锂钛酸锂电化学性能的影响
5.4.1不同含量ZnO修饰对钛酸锂钛酸锂的倍率和循环性能
的影响
5.4.2ZnO修饰对电化学反应中锂离子扩散和电子传导
的影响
5.4.3ZnO修饰对抑制钛酸锂钛酸锂电解液界面副反应
的作用分析
5.5本章小结
第6章嵌锂深度嵌锂深度对钛酸锂钛酸锂结构和电化学性能的影响
6.1实验方法
6.2钛酸锂钛酸锂的物相和形貌分析
6.3嵌锂深度嵌锂深度对钛酸锂钛酸锂电化学性能的影响
6.3.1嵌锂深度嵌锂深度对钛酸锂钛酸锂倍率性能倍率性能的影响
6.3.2嵌锂深度嵌锂深度对钛酸锂钛酸锂循环性能的影响
6.4嵌锂深度嵌锂深度对锂离子扩散的影响
6.5嵌锂深度嵌锂深度对电池内部阻抗的影响
6.6深度嵌锂对钛酸锂钛酸锂表面固态电解质膜固态电解质膜形成的促进作用
6.7不同嵌锂深度嵌锂深度下固态电解质膜固态电解质膜的形成机理和成分分析
6.8本章小结
第7章结论参考文献
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| 內容試閱：
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导师序言能源和环境是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。随着传统化石能源的不断消耗和环境的日益恶化，同时伴随着现代社会高科技的迅猛发展，人们对储能技术的要求日益增长，因此，开发新一代绿色、高效、高性能的储能器件已经成为全球性的研究课题。然而，传统的铅酸、镍镉和镍氢电池等储能器件存在能量密度低、寿命短和环境危害大等问题，制约了其广泛应用和进一步发展。锂离子电池于20世纪90年代初实现商业化，由于其具有能量密度高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应和环境友好等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑和相机等便携式电子设备，并成为新能源汽车较为理想的动力电源，更有望在未来大规模储能领域发挥巨大作用。目前锂离子动力电池使用的碳负极材料与电解液热反应活性高，且在快速充放电过程中容易析出金属锂，存在较大的安全隐患。因此，寻求和开发安全性高、性能优异的新一代电极材料是动力电池未来发展的关键。相比碳负极材料，钛酸锂（Li4Ti5O12）材料具有电压平台高、循环性能好、低温及大倍率充放电性能优异等诸多优点，这使得钛酸锂基动力电池表现出优异的安全性能，加之其价格相对低廉，因而在电动汽车领域展现出巨大的应用潜力。然而钛酸锂材料的本征电子迁移率和离子扩散速率较差，其动力电池在搁置和工作过程中存在一定的胀气现象，由此带来的安全隐患是亟待解决的技术难题。有鉴于此，研究团队自2007年以来持续致力于高性能钛酸锂材料的研发及产业化应用，围绕钛酸锂的结构设计、可控制备、产气解析、性能优化和批量生产等方面开展了较为系统的研究，并取得了一些具有重要理论意义和实际应用价值的原创性科研成果。韩翠平博士的学位论文代表了钛酸锂储能材料的研究最前沿，也是课题组在该领域研究成果的典范。该论文针对钛酸锂材料电子导电性差且与电解液副反应活性高等难题，通过新颖的结构设计和细致的形貌调控，制备出具有优异电化学性能的新型钛酸锂材料，并深入研究了钛酸锂表面包覆层对抑制钛酸锂电解液界面副反应活性的重要影响，进而分析了钛酸锂在宽工作电压窗口内的电化学行为，并对其储能机理进行了详尽解析。该论文对于高倍率性能和高安全性钛酸锂材料的开发及钛酸锂基动力电池的产业化具有重要的理论指导意义和实际参考价值，有望进一步推动下一代高安全性电动汽车的快速发展。
李宝华〖〗清华大学深圳研究生院能源与环境学部〖〗2016年7月
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