鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12的改性制備及其電化學(xué)性質(zhì).pdf

1、與已經(jīng)商業(yè)化的石墨負(fù)極相比，尖晶石型的Li4Ti5O12被廣泛認(rèn)為是最有希望在鋰離子電池上大規(guī)模應(yīng)用的電極材料之一。Li4Ti5O12在充放電過(guò)程中有一個(gè)平坦且相對(duì)較高的嵌鋰電位1.55V(vs. Li/Li+)，這樣就避免了鋰枝晶的出現(xiàn)，具有更高的安全性；Li4Ti5O12在充放電過(guò)程中體積幾乎不發(fā)生變化，是一種零應(yīng)變材料；Li4Ti5O12擁有較高的熱穩(wěn)定性，尤其在高溫條件下。然而Li4Ti5O12的電子導(dǎo)電率比較低（＜10-13

2、S cm-1），限制了其實(shí)際應(yīng)用。本論文通過(guò)摻雜Nb5+、包覆高電導(dǎo)率的摻氮的碳以及構(gòu)建多級(jí)的納-微相結(jié)合的結(jié)構(gòu)等方法改善Li4Ti5O12的電化學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）采用靜電紡絲技術(shù)制備了1D多級(jí)結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12/C以及不同 Nb摻雜的Li4Ti5O12/C纖維，研究了不同的摻雜量對(duì)其電化學(xué)的影響。研究表明，Nb-Li4Ti5O12/C具有良好的倍率性質(zhì)以及循環(huán)穩(wěn)定性，其中Li4Ti4.95Nb0.05O

3、12/C在10 ℃下的初始容量為140.1mAhg1，恒流充放電100次后容量為139.7mAhg1，僅有0.286％的容量損失。Li4Ti4.95Nb0.05O12/C由二次納米顆粒鑲嵌的1D多級(jí)結(jié)構(gòu)縮短了充放電過(guò)程中Li+的傳輸路徑，增大了電極材料與電解液的接觸面積，Nb5+的摻雜導(dǎo)致材料中同時(shí)存在Ti4+/Ti3+，在材料以及內(nèi)部的二次顆粒表面均勻包覆的碳層，大大增加了材料的導(dǎo)電率，有利于電解液離子在電極材料內(nèi)部的快速穿插。

4、>　?。?）將預(yù)包碳技術(shù)高能球磨相結(jié)合，制備了Li4Ti5O12、碳包覆的Li4Ti5O12以及摻氮的碳包覆的Li4Ti5O12納米顆粒，詳細(xì)探討并對(duì)比了其電化學(xué)行為。摻氮的碳造成了碳結(jié)構(gòu)的缺陷且在材料內(nèi)部形成了一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，大大提高了材料的導(dǎo)電性，另外在材料表面均勻的碳層包覆抑制了材料顆粒在高溫反應(yīng)時(shí)的生長(zhǎng)，納米級(jí)的顆粒保證了充放電時(shí)鋰離子的快速脫嵌。在20℃的大倍率下，摻氮碳包覆的Li4Ti5O12的放電容量為128.2mAh

5、g-1，在1℃下經(jīng)過(guò)1000次的循環(huán)后，容量保持率高達(dá)95.9%。
　?。?）采用水熱方法制備了多級(jí)結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12微納米球，這種多級(jí)的納-微結(jié)構(gòu)增大了活性物質(zhì)與電解液的接觸面積，有利于鋰離子和電子的傳輸，同時(shí)還縮短了鋰離子在活性物質(zhì)中的擴(kuò)散路徑。不同的Li/Ti配比對(duì)產(chǎn)物的組成與純度的影響研究表明，在最佳Li/Ti配比條件下所制備的Li4Ti5O12在1℃倍率充放電時(shí)的放電容量達(dá)163.5mAhg-1，100次循環(huán)后容量