尖晶石型Li4Ti5O12材料的改性制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、尖晶石型的Li4Ti5O12是一種零應(yīng)變嵌鋰材料，具有優(yōu)異的循環(huán)性能。其氧化還原電位相對(duì)較高，可以有效地避免金屬鋰的析出。另外，Li4Ti5O12還具有熱穩(wěn)定性好、原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具應(yīng)用潛力的高功率動(dòng)力鋰離子電池負(fù)極材料。但是，Li4Ti5O12的電子導(dǎo)電率和離子導(dǎo)電性較低，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。本論文采用導(dǎo)電聚合物PEDOT包覆、Ti3+自摻雜以及與石墨烯復(fù)合制備自支撐電極等方法，改善Li4Ti5O12材料的倍

2、率性能，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）通過(guò)水熱法制備Li4Ti5O12納米棒，進(jìn)一步通過(guò)液相化學(xué)聚合在其表面包覆高導(dǎo)電性的導(dǎo)電聚合物PEDOT。一維納米棒結(jié)構(gòu)能夠有效地縮短材料中鋰離子的擴(kuò)散路徑，增大電極和電解液之間的接觸面積，促進(jìn)鋰離子在活性物質(zhì)與電解液之間的傳輸。而PEDOT均勻的包覆能夠在內(nèi)部形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高材料的電子導(dǎo)電性。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，PEDOT包覆的Li4Ti5O12納米棒（Li4Ti5O12/PEDOT）具有

3、優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)鋰行為，在10 C的大倍率下，Li4Ti5O12/PEDOT電極的放電容量可達(dá)135.2 mA h g-1；在1 C的電流密度下循環(huán)100次，其容量保持率高達(dá)99.5％。
　　（2）以Ti2O3為原料，采用固相法制備得到Ti3+自摻雜的Li4Ti5O12材料，并研究了其結(jié)構(gòu)對(duì)于電化學(xué)性能的影響。ESR、XRD、XPS等測(cè)試結(jié)果證明，在Ti3+自摻雜的Li4Ti5O12材料中半徑較大的Ti3+取代了部分Ti4+，產(chǎn)生了

4、Ti3+/Ti4+混合態(tài)位點(diǎn)和氧空位，提高了材料的電子導(dǎo)電性，并有利于離子的擴(kuò)散和遷移。另外，Ti3+的摻雜并不會(huì)破壞Li4Ti5O12的結(jié)構(gòu)，從而在保持材料優(yōu)異的循環(huán)性能的同時(shí)有效地改善了其倍率性能。在20 C的大電流密度下，Ti3+自摻雜的Li4Ti5O12樣品具有117.6 mAh g-1的可逆容量；在10 C下循環(huán)500次，其容量保持率高達(dá)97.0%。
　?。?）通過(guò)真空抽濾和后續(xù)熱處理還原的方法將Li4Ti5O12納米纖

5、維與石墨烯復(fù)合，制備了類三明治結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12/石墨烯（S-LTO-RGO）自支撐電極材料。Li4Ti5O12納米纖維分布在石墨烯片層間，有效地阻止了石墨烯的團(tuán)聚。高導(dǎo)電性的石墨烯和Li4Ti5O12納米纖維形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有效地促進(jìn)了鋰離子的擴(kuò)散和電子的傳輸。另外，該自支撐電極材料在組裝電池的過(guò)程中無(wú)需加入粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和集流體，降低了電池的內(nèi)阻和極化。在10 C的大電流密度下，S-LTO-RGO自支撐電極具有131.7 m