鋰離子電池負極材料Li-,4-Ti-,5-O-,12-的制備及改性研究.pdf

1、尖晶石型Li4Ti5O12是一種“零應變”材料,具有價格低廉、循環(huán)性能好、充放電電壓平臺穩(wěn)定等諸多優(yōu)點,使其成為最具發(fā)展前景的新一代鋰離子電池負極材料之一。然而Li4Ti5O12材料較低的電導率影響其實際電化學性能,制約了其商品化應用。本文在綜述鋰離子電池及其負極材料研究進展的基礎上,介紹了Li4Ti5O12的結(jié)構(gòu)、特性、制備方法以及改性研究。采用高溫固相法制備Li4Ti5O12,通過表面包覆碳和摻雜Zr4+對其進行改性。將各種電化學研

2、究手段和熱重/差熱分析、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、EDS能譜分析等現(xiàn)代物理測試技術(shù)相結(jié)合,對鋰離子電池負極材料的相關(guān)性能進行了表征。
　　 高溫固相合成Li4Ti5O12負極材料,考察了原料及工藝條件對材料晶體結(jié)構(gòu)、形貌、電化學性能的影響。結(jié)果表明,反應溫度、燒結(jié)時間、原料及鋰鹽配比都是影響材料性能的重要因素。以TiO2和Li2CO3為原料,反應溫度為800℃,燒結(jié)時間為16h,鋰鹽過量2％時合成的樣品性能最佳。該樣品晶體結(jié)構(gòu)

3、完整,為尖晶石型結(jié)構(gòu),顆粒粒徑分布均勻,電化學性能較好,0.1C、1C、2C、5C和10C倍率可逆比容量分別為160.0,149.2,140.4,114.9,91.1mAh·g-1,常溫下以1C倍率進行充放電循環(huán)50次后,容量保持率為97.0％。
　　 為改善Li4Ti5O12的導電性,提高電化學性能,分別以碳納米管和有機醇為碳源對其進行了表面包覆改性,研究了碳含量對材料性能的影響。結(jié)果表明,不同碳源合成的Li4Ti5O12/C

4、復合材料結(jié)晶度和表面形貌都有所不同,進而呈現(xiàn)出不同的電化學性能,其中有機碳對材料的改性效果更好。以有機醇為碳源,目標碳含量為3％的樣品綜合性能最佳。該樣品具有尖晶石型結(jié)構(gòu),顆粒較小,實際碳含量為1.61％,0.1C、1C、2C、5C、10C倍率可逆比容量分別為165.0,161.0,156.6,146.0,125.6mAh·g-1,循環(huán)穩(wěn)定性好。
　　 以Zr4+作為摻雜陽離子,高溫固相合成Li4Ti5-xZrxO12(x=0,

5、0.05,0.10,0.15,0.20)負極材料,探索了摻雜Zr4+對Li4Ti5O12改性效果的影響。結(jié)果表明,摻雜少量的Zr4+有利于穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu),提高其電化學性能。Li4Ti4.95Zr0.05012樣品形貌較好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,其中各元素分布均勻,以0.1C、1C、2C、5C、10C倍率充放電,可逆比容量分別為163.9,157.5,146.9,120.7,96.0mAh·g-1,較未摻雜的樣品有所提高,但不是很明顯。