鋰離子電池負極材料Li4Ti5O12的固相合成及其碳改性研究.pdf

1、當今社會對于高功率、高安全性能鋰離子電池的需求與日俱增,這促使科研人員致力于改善已有的電池體系和研發(fā)新的電極材料。目前商業(yè)上鋰離子電池普遍使用的負極材料主要是碳類材料,碳類材料并不能很好地滿足鋰離子電池長壽命、高安全性能的需要。尖晶石型Li4Ti5O12被認為非常有潛力作為鋰離子電池的負極材料。Li4Ti5O12材料在充放電過程中體積變化幾乎可以忽略不計,這導致其具有非常好的結構穩(wěn)定性,因而循環(huán)性能優(yōu)異。另外,它具有非常平坦的充放電平臺

2、,且平臺電壓位于1.55V左右(vs.Li/Li+),可以防止大多數(shù)有機電解液的分解以及枝狀鋰的析出,因而可以避免碳類材料的安全性問題。
　　 但是,由于Li4Ti5O12的本體導電性能較低,導致其倍率性能不佳,因此Li4Ti5O12材料在鋰離子電池中大規(guī)模應用必須先克服這個難題。本文采用引入碳的方法來改善Li4Ti5O12的倍率性能,碳的加入可以減小顆粒的粒徑和增加材料的導電性能。
　　 通過實驗得出的結論如下:

3、>　　 1,首次采用硬脂酸作為碳源以一步固相法合成Li4Ti5O12/C?？疾旒尤氩煌康挠仓釋Σ牧闲阅艿挠绊?。通過在焙燒過程中形成包覆碳,明顯抑制了Li4Ti5O12顆粒粒徑的生長,同時也提高了材料的導電性能。結果表明,在不同碳含量的樣品中,含有2.75％碳的LTO-S0.5展現(xiàn)出了最佳電化學性能。在0.5C和1.0C下其比容量可以達到169.3mAhg-1和167.7mAhg-1,在20C的高倍率下,經(jīng)過300個循環(huán)后其容量保

4、持率仍能夠達到96.8%。
　　 2,通過兩步焙燒法合成Li4Ti5O12/C。第一步焙燒過程中,先采用硬脂酸作為碳源在500℃下合成碳包覆TiO2,第二步焙燒中再加入不同的碳源提高材料的導電性能。結果表明,以Super-P作為二次碳源得到的LTO-P材料電化學性能較優(yōu),在10C和15C的電流倍率下其比容量能達到149.2mAhg-1和132mAhg-1。在30C的高倍率下,經(jīng)過1800個循環(huán)后其比容量仍能夠達到101.5mAh