溶膠-凝膠法制備鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12及其改性研究.pdf

1、尖晶石型Li4Ti5O12是一種“零應(yīng)變”電極材料，具有安全性能高、循環(huán)性能優(yōu)越、充放電平臺(tái)穩(wěn)定、成本低廉、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的鋰離子電池新型負(fù)極材料之一。但是Li4Ti5O12材料的高倍率性能較差、振實(shí)密度較低，影響了其實(shí)際應(yīng)用性能，制約了其商業(yè)化應(yīng)用。本文綜述了鋰離子電池及其負(fù)極材料的研究進(jìn)展，詳細(xì)介紹了尖晶石型Li4Ti5O12的結(jié)構(gòu)、性能、制備方法及改性研究。采用溶膠-凝膠法合成了亞微米級(jí)和球形的Li4Ti

2、5O12材料，并對(duì)其進(jìn)行摻雜釩的改性研究。利用TG-DSC、XRD、SEM、恒流充放電以及循環(huán)伏安等測(cè)試手段，對(duì)合成材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能測(cè)試。
　　 本文以己二酸為絡(luò)合劑，采用溶膠-凝膠法合成了亞微米級(jí)的Li4Ti5O12材料，系統(tǒng)地考察了熱處理溫度、熱處理時(shí)間、己二酸量等工藝條件對(duì)材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，前驅(qū)體中己二酸與Ti(Ⅳ)離子的摩爾比為0.50時(shí)，在800℃下熱處理12h所得樣品具有較佳的結(jié)構(gòu)和

3、電化學(xué)性能。該樣品為立方尖晶石Li4Ti5O12純相，顆粒細(xì)小均勻(150～300nm)，基本無團(tuán)聚，且表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。0.1C充放電時(shí)，其首次放電比容量為169.59mAh/g，經(jīng)過30次充放電循環(huán)后，其放電比容量仍保持在158.17mAh/g，容量保持率達(dá)93.4％。
　　 為了提高Li4Ti5O12材料的振實(shí)密度，本文以CTAB為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用溶膠-凝膠法合成了高密度的球形Li4Ti5O12材料，并對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、

4、形貌以及電化學(xué)性能進(jìn)行了一定的研究。結(jié)果表明，在800℃熱處理12h所得樣品為立方尖晶石Li4Ti5O12單一物相，顆?；境是蛐?、流動(dòng)性較好，粒度分布均勻，并顯示出良好的電化學(xué)性能。0.1C充放電時(shí)，其首次放電比容量為160.25mAh/g，經(jīng)過30次充放電循環(huán)后，其放電比容量保持在146.52mAh/g。
　　 在第一部分研究的基礎(chǔ)上，采用己二酸溶膠-凝膠法合成了LI4Ti5-xVxO12(0≤x≤0.2)樣品，研究不同釩摻

5、雜量對(duì)材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，著重研究了最佳摻雜量時(shí)所得樣品的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，少量釩摻雜幾乎不影響Li4Ti5O12材料的基本晶格結(jié)構(gòu)和形貌特征，而且V5+摻入Li4Ti5O12晶格中提高了材料的電子導(dǎo)電率，從而提高了材料的可逆容量和循環(huán)性能。該法制備的Li4Ti4.95V0.05O12樣品具有較佳的電化學(xué)性能，0.5C充放電時(shí)，其首次放電比容量為155.76mAh/g，經(jīng)過30次充放電循環(huán)后，其放電比容量仍保持在151.26