水熱合成鋰離子電池負極材料鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、鈦酸鋰作為近年來研究較熱的鋰離子電池負極材料之一，具有零應變效應、平穩(wěn)的充放電平臺、良好的循環(huán)穩(wěn)定性等特點。但鈦酸鋰本身導電率偏低、比容量較低的缺點也制約了其大規(guī)模應用，而不同的形貌是影響電極材料在使用過程中鋰離子的嵌入活性和循環(huán)穩(wěn)定性的重要因素。因此作為鋰離子電池的負極材料，規(guī)則的形貌、結(jié)構(gòu)和顆粒尺寸對于鈦酸鋰來說是十分必要的。
　　 本文采用水熱法，分別制備了介孔鈦酸鋰微球和鈦酸鋰納米線，研究并優(yōu)化了在制備過程中的工藝參數(shù)。

2、采用XRD、SEM、TEM、比表面積及粒度分析等多種方法對樣品性能進行了表征，并對合成樣品進行恒流充放電測試，研究了樣品的充放電容量、循環(huán)性能，初步探討了鈦酸鋰介孔微球和納米線行成機理。
　　 以鈦酸四丁酯、無水乙醇和LiOH為原料，制備了尖晶石結(jié)構(gòu)的介孔鈦酸鋰微球，研究了氫氧化鋰用量、水熱時間、熱處理溫度對樣品性能的影響，并探討了其合成機理。結(jié)果表明：當0.2g水解產(chǎn)物與2.55mmol LiOH·H2O反應時，得到純相樣品；

3、當180℃下水熱36h時，樣品顆粒幾乎全部為球形，體積平均粒徑約在400-600nm之間；樣品具有平穩(wěn)的充放電平臺，當熱處理為溫度700℃時，樣品在0.1C倍率下首次放電比容量為148.3mAh/g，經(jīng)過10次循環(huán)后，其放電比容量保持為132.5mAh/g，容量保持率為89.3％。鈦酸鋰微球的BET比表面積約為17.19m2/g，BJH總孔容為0.037cm3/g，平均孔直徑為1.68nm，介孔含量約為92％；鈦酸鋰微球的行成過程可能為

4、：在KCI存在的條件下，鈦酸丁酯在水解的時候形成了水合TiO2微球，經(jīng)過水熱反應，Li+與水合TiO2微球中陽離子發(fā)生置換反應，形成Li-Ti-H-O系統(tǒng)，最后經(jīng)過熱處理形成Li4Ti5O12微球。
　　 以TiO2粉體、NaOH、HCl和LiOH為原料，制備了鈦酸鋰納米線。研究了水熱溫度、水熱時間對鈦酸納米線形貌的影響，研究了LiOH濃度、熱處理溫度對鈦酸鋰納米線性能的影響，并初步探討了鈦酸鋰納米線的合成機理。結(jié)果表明：當水熱

5、溫度為180℃、水熱時間為48h時，鈦酸納米線尺寸均一，納米線的直徑大約在80nm-200nm，長度約在6-8μm；最佳的的LiOH濃度為0.2mol/L，熱處理溫度500-600℃為宜，此時鈦酸鋰納米線的直徑為100-300nm，長度約為2-4μm，樣品的尺寸隨著熱處理溫度的升高而降低；當熱處理溫度為500℃時，樣品首次放電容量為143.4mAh/g，首次充電容量為141.4mAh/g，Coulomb效率為98.6％；鈦酸鋰納米線的比