新型高性能Li4Ti5O12負極材料的合成及電化學性能研究.pdf

1、尖晶石型Li4Ti5O12是最具應用前景的高性能鋰離子電池負極材料之一,但是由于該材料的電子電導率較低,因此其高倍率下的電化學性能較差。近幾年很多文獻都表明設計合成具有一定形貌的納米或者微納分級結構的材料,可以縮短Li+的遷移路徑,促進電子傳導,擴大與電解液的接觸面積從而大幅提高電極材料在高倍率性能。因此,本課題的主要思路在于合成具有特殊形貌結構的納米或者微納分級結構的Li4Ti5O12負極材料,并對形貌和結構進行表征,測試其電化學性能

2、。研究其形貌生長機理以及不同形貌和性能之間的關系。
　　本課題采用混合溶劑熱法可控制備了不同形貌的納米微米分級結構的Li4Ti5O12負極材料。通過調節(jié)鋰源,反應溫度,燒結溫度,混合溶劑組分比例,表面活性劑種類制備了不同形貌的樣品,表征不同條件制備樣品的形貌和電化學性能并進行比較,確定了溶劑熱合成Li4Ti5O12樣品的最佳的工藝參數。
　　利用所確定的最佳工藝參數制備了厚度為約為3nm的超薄納米片堆棧形貌以及由顆粒尺寸約為

3、2-3nm的納米晶生長而成的標準微球狀形貌的Li4Ti5O12負極材料材料。并對這兩種形貌的材料進行X射線衍射(XRD),場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)高分辨透射電鏡(HRTEM)的結構和形貌表征,結合時間演變實驗所制備樣品的形貌和結構表征結果,研究了不同形貌樣品的化學反應機理,形貌生長機理。同時對不同形貌的Li4Ti5O12樣品進行充放電性能,循環(huán)伏安性能以及交流阻抗測試,表征它們的高倍率電化學性能,聯系形貌以及電化學性能測試結果

4、分析了不同形貌與電化學性質之間的關系。
　　結果表明,超薄納米片堆棧的Li4Ti5O12負極材料具有更好的高倍率電化學性能,這是因為,超薄納米片堆棧形貌的Li4Ti5O12負極材料使得材料的納米片之間分隔卻不獨立,形成互相聯通的三維網絡,保證電解液的接觸面積,同時可能存在贗電容效應,有利于電子傳導和Li+擴散。從而使得該材料在0.5C的倍率下首次放電容量高達175.9mAhg-1,且100次循環(huán)保持庫倫效率基本為100％。甚至提高