鋰離子電池負極材料多孔球形Li4Ti5O12-C的制備與表征.pdf

1、尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12)在充放電過程中具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性、高倍率性能和高低溫穩(wěn)定性等特點,因此,被視為非常有前景的鋰離子電池負極材料。但是,由于該材料本身固有的電子電導率較低限制了其電化學性能發(fā)揮。本論文主要通過碳包覆改性和構造多孔形貌結構以改善Li4Ti5O12材料的倍率性能和循環(huán)比容量等電化學性能。
　　 采用噴霧干燥與高溫固相法結合制備球形多孔狀Li4Ti5O12,即把鈦源、鋰源和碳源球磨濕混成均勻漿料,再經

2、過噴霧干燥和高溫煅燒制得微米級多孔球形Li4Ti5O12/C材料。晶粒表面包覆了一層均勻的納米碳層,形成了較為完備的導電網絡,顯著改善了Li4Ti5O12材料的電化學性能。
　　 比較了不同碳源化合物對材料性能的影響。以納米級核殼結構的水性聚丙烯酸酯類聚合物2602作為包覆碳源合成出的Li4Ti5O12/C材料為納米一次粒子(晶粒)組成的球形二次粒子(顆粒),具有較大的比表面積,達到39.5m2/g;0.1C、1.0C和5.0C

3、倍率下的首次放電比容量分別達到174.0、168.2和153.6mAh/g,循環(huán)20次后容量保持率分別為99.6％、99.29％和91.93％。以可溶性淀粉作為碳源化合物同樣合成出了晶粒表面包碳的Li4Ti5O12材料,但抑制晶粒長大效果稍差,0.1C、1.0C和2.0C倍率下的首次放電比容量稍低,分別為167.9、158和150mAh/g,30次循環(huán)后容量保持率分別為98.3％、96.3％和96.0％。與空白試驗樣品及以往文獻所報道的

4、對比可知,以水性聚丙烯酸酯類聚合物2602作為碳源制備出的碳包覆多孔Li4Ti5O12/C材料更有利于倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的提高。
　　 Li4Ti5O12負極材料經過碳改性后電化學性能有很大改善,主要得益于材料微納結構的構造、碳源的選擇及制備工藝的優(yōu)化改進等諸多方面。制備由納米晶粒組成的微米級顆粒即微納結構,可以縮短Li+的擴散路徑,減小Li+的擴散阻力和減緩電極極化;多孔結構顯著增大了材料比表面積,能夠增大活性物質與電解液的