鈦酸鋰納米片的制備與改性及其在鋰離子電池負極材料中的應用研究.pdf

1、尖晶石鈦酸鋰(Li4Ti5O12，LTO)具有很高的結構穩(wěn)定性和較長的循環(huán)穩(wěn)定性，是發(fā)展前景良好的動力鋰離子電池負極材料之一。LTO在充放電過程中有較高的充放電平臺和充放電電位，避免了固體電解質界面膜（SEI膜）的形成，且在充放電過程中體積幾乎不變，被稱為“零應變材料”。但是LTO是一種近乎絕緣的材料，具有低的電子導電性和鋰離子擴散系數(shù)，導致其在大電流密度下倍率性能較差，因而限制了應用。本論文通過水熱法合成鈦酸鋰納米片（LTO NSs）

2、，增大材料與電解液的接觸面積，引入強導電性的碳納米管形成鈦酸鋰納米片/碳納米管(LTO NSs/CNTs)復合材料，以及用氟化鋰作為氟源對LTO進行體相摻雜，改善鈦酸鋰的電化學性能。
　　(1)采用水熱法合成LTO NSs，納米片直徑約300 nm，厚度約20 nm。該片狀結構具有較大比表面積，增加其與電解液的接觸面積，提高了Li+擴散系數(shù)，縮短了Li+傳輸路徑，改善了材料的電化學性能。其在電流密度為2 A·g-1下材料的比容量為

3、106 mAh·g-1，經過100次循環(huán)后，材料的比容量為104 mAh·g-1，容量保持率為98.1％，表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性，當電流密度為5A·g-1時，材料的比容量仍然為61 mAh·g-1，表現(xiàn)出較好的倍率性能。
　　(2)采用一步水熱法合成LTO NSs/CNTs復合材料，CNTs鑲嵌在LTO NSs內部和均勻的分散在其表面，使LTO材料與CNTs接觸的更加充分，形成導電網絡，增強了LTONSs之間的電荷傳輸能力，有效的

4、改善了材料的電化學性能。LTO NSs/CNTs復合材料顯示出低的極化電壓和高的鋰離子擴散系數(shù)，LTO NSs/CNTs復合材料顯示出比純LTO NSs優(yōu)越的儲鋰性能，尤其LTO NSs/7.5％-CNTs復合材料顯示出最好的倍率性能和優(yōu)越的循環(huán)性能。在大電流密度5A·g-1，LTO NSs/7.5％-CNTs復合材料比容量仍然保持著105 mAh·g-1，在電流密度2A·g-1循環(huán)1000次后，材料的比容量仍然保持著135 mAh·g

5、-1，容量保持率為93.1％，表現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)性能。
　　(3)采用一步水熱法合成F摻雜LTO NSs(F-LTO)的復合材料，通過一系列的表征，F(xiàn)元素成功的摻入LTO NSs并沒有影響LTO的結構。由于摻入F，F(xiàn)取代O位形成Ti-F鍵，根據電荷守恒，必定有部分Ti4+轉化為Ti3+以保持材料整體電荷的守恒。由于Ti3+的導電性優(yōu)于Ti4+，F(xiàn)-LTO復合材料顯示出低的極化電壓和高的鋰離子擴散系數(shù)。在鋰離子負極材料中，與