新型高性能鈦酸鋰負(fù)極材料制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、目前鋰離子電池采用的石墨負(fù)極材料不可逆容量損失較大,而且存在嚴(yán)重的安全隱患。尖晶石鈦酸鋰負(fù)極材料作為一類具有優(yōu)異安全性能的材料,且大多具有“零應(yīng)變”特性,使其受到了普遍關(guān)注。然而,材料制備面臨成本和電化學(xué)性能特別是高倍率下的電化學(xué)性能難以協(xié)調(diào)等問題,限制了其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。本文旨在采用工業(yè)上常用的高溫固相法,以制備出廉價的高性能材料,為擴大鈦酸鋰負(fù)極材料的應(yīng)用提供技術(shù)參考。
　　首先,針對 Li4Ti5O12材料大倍率性能差的缺陷

2、,設(shè)計了高溫碳熱還原法制備改性Li4Ti5O12產(chǎn)物,通過對合成工藝的優(yōu)化,主要研究了改性Li4Ti5O12材料的電化學(xué)性能,并與未改性 Li4Ti5O12材料進行對比。結(jié)果表明,碳熱還原改性使目標(biāo)產(chǎn)物中引入Ti3+離子,一方面能明顯提高材料電子電導(dǎo)率,降低電荷轉(zhuǎn)移電阻;另一方面還能增加材料單相脫嵌鋰區(qū)域,提高鋰離子擴散擴散系數(shù),明顯提高改性材料的電化學(xué)性能。
　　其次,針對LiTi2O4純相產(chǎn)物難以制備,且易被空氣氧化等問題,提

3、出采用固相原位碳熱還原法制備純相LiTi2O4材料,重點研究了降溫速率、燒結(jié)時間、燒結(jié)溫度、物料配比等因素對目標(biāo)產(chǎn)物物相純度的影響。研究顯示,快速降溫工藝能消除合成藍色LiTi2O4產(chǎn)物中的Li2Ti3O7物相和少量未知雜質(zhì)相。此外,合成LiTi2O4產(chǎn)物的燒結(jié)時間、燒結(jié)溫度、物料配比等反應(yīng)條件均存在一個臨界值,當(dāng)反應(yīng)所選條件超過其值后對提高目標(biāo)產(chǎn)物合成純度意義不大。
　　最后,尖晶石LiCrTiO4作為LiTi2O4的擬似物,具

4、有高的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴散系數(shù),卻鮮有對其進行倍率性能研究或改性研究的報道。據(jù)此,采用高溫固相法一步反應(yīng)制備了無碳包覆和碳包覆 LiCrTiO4產(chǎn)物,研究了兩種材料的倍率性能、循環(huán)性能,并比較了它們的充放電極化,鋰離子擴散能力、電子導(dǎo)電率和相轉(zhuǎn)移動力學(xué)。結(jié)果表明,碳包覆在宏觀上能提高電極材料電子電導(dǎo)率;反之,在微觀上能提供更多的電活性接觸位,促進兩相轉(zhuǎn)變。此外,可采取兩種措施顯著提高 LiCrTiO4材料的倍率性能,一是縮短兩相界面擴