高安全性鋰離子電池負極材料鈦酸鋰的制備及性能研究.pdf

1、目前，鈦酸理（Li4Ti5O12）作為鋰離子電池負極材料，在純電動以及混合動力電動車的應用受到廣泛關注。其主要特點是鋰離子在進入及脫出過程中，體積幾乎不會發(fā)生變化，同時較高的電壓平臺減少了液態(tài)電解質的分解及SEI膜的生成。然而，較低的電導率及鋰離子擴散系數(shù)限制了其應用。為了改善鈦酸鋰材料的電導率，本論文采用了三種方法，包括金屬離子摻雜，引入電導率高的第二相及粒徑控制的方法。
　　首先，通過兩步固相法制備了鈦酸鋰及Mg&Zr摻雜樣品

2、，系統(tǒng)的研究了材料結構及電化學性能。研究發(fā)現(xiàn)，Li3.8Mg0.2Ti4.8Zr0.2O12樣品在1C，2C，5C下的放電比容量分別為，169.6 mAhg?1，144.2mAhg?1，113.1 mAhg?1，明顯好于未摻雜樣品。電化學阻抗譜測試發(fā)現(xiàn)，Li3.8Mg0.2Ti4.8Zr0.2O12樣品的材料內阻明顯低于未摻雜樣品。
　　然后，通過靜電紡絲的方法制備了Li4Ti5O12和Li4Ti5O12/C纖維。研究發(fā)現(xiàn)，兩種材

3、料均表現(xiàn)出較高的可逆電容量和倍率表現(xiàn)。比較兩種樣品發(fā)現(xiàn)，Li4Ti5O12/C復合材料具有更高的可逆比容量，倍率容量，低的電極極化，說明碳的引入，降低了鈦酸鋰顆粒的團聚，提高了其電導率。另外，電化學交流阻抗擬合譜（EIS）顯示Li4Ti5O12/C和Li4Ti5O12電池內阻分為55Ω和135Ω，復合纖維的內阻明顯低于未摻雜樣品。
　　最后采用水熱法制備了Li4Ti5O12樣品，并且對反應產物分別采用700℃、750℃、800℃三

4、種不同的燒結溫度，觀察不同燒結溫度對Li4Ti5O12電化學性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，750℃燒結的樣品的倍率表現(xiàn)好于另外兩個溫度得到的樣品，同時該樣品在高倍率50圈后，電容量保持在89％。另外，750℃燒結的樣品首圈放電比容量為235mAh/g，比理論值高34%，經(jīng)過10圈循環(huán)之后保持率為91%，經(jīng)過50圈大倍率循環(huán)之后保持率為89%，證明了通過水熱法制備的鈦酸鋰具有較好的電學性能。750℃燒結的樣品在0.5C倍率下，首圈比電容量為235