摘要
锂离子电池具有较高的能量密度以及较好的循环寿命和安全性能，这些优点使其成为市场化较为成功的新一代储能系统。但是市场上的锂离子电池的负极材料多为石墨，导致其在大电流密度下的容量衰减明显，且在多次充放电循环后在石墨电极表面形成固相电解液界面膜（SEI），增加电池内阻，影响电池的循环寿命和倍率性能。本文为了解决锂离子电池的上述问题，我们设计了并制备了N掺杂碳（CN）包覆二氧化钛纳米管（TNT）锂离子电池负极材料。TNT的纳米中空管状结构提供了良好的锂离子传输通道，二氧化钛在充放电过程中的体积膨胀较小，CN提供了良好的导电性，并且二氧化钛电极的工作电压在1.7V左右，大于产生SEI膜的电压。实验测试结果表明TNT@CN电极在1C的长循环下，初始容量为406.1mAh g?1，200圈循环后的容量为256.9mAh g?1。TNT@CN电极在5C的电流密度下循环1000圈的容量为144.2mAh g?1，在10C的电流密度下循环1600圈的容量为124.5mAh g?1，表明TNT@CN电极具有良好的循环性能和在高电流密度下的循环性能。 锂硫电池作为下一代的储能系统具有更高的理论容量（1675mAh g?1），并且作为活性物质的硫储量丰富，价格低廉且对环境友好。但是锂硫电池也存在着许多问题:（1）单质硫和最终产物Li2S的绝缘性；（2）在充电过程中产生的多硫化物在电场的作用下产生的“穿梭效应”；（3）单质硫在充放电过程中的体积膨胀较为严重，会破坏活性电极的结构，造成电池的循环寿命降低和安全性差等问题。为了解决锂硫电池的诸多问题，我们设计并制备了TNT@ppy，TNT@CN，TNT-MoP@CN改性隔膜，并应用于锂硫电池。TNT@CN，TNT-MoP@CN改性隔膜分别在1C的电流密度下的首次放电容量为1585.4mAh g-1和1758.4mAh g-1。在经历了200圈的循环后TNT@CN改性隔膜电池的充电容量为624mAh g-1，放电容量为526.5mAh g-1；TNT-MoP@CN改性隔膜电池的充电容量为344.9mAh g-1，放电容量为307.5mAh g-1。结果表明TNT@CN，TNT-MoP@CN改性隔膜提高了对多硫化物的吸附和催化转化作用，抑制了“穿梭效应”，提高了电池的循环稳定性和容量。
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