新能源材料Li4Ti5O12的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、于上世紀(jì)九十年代后期投放市場的鋰離子電池，具有電壓高、體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)等獨(dú)特的性能，因而被廣泛應(yīng)用于便攜式電器以及電動(dòng)機(jī)車中。目前，商業(yè)使用的鋰離子電池負(fù)極材料大多是采用各種嵌鋰碳。這種用做鋰離子電池負(fù)極材料的碳材料存在著諸多缺點(diǎn)，如：首次充放電效率較低；容易與電解液發(fā)生作用；存在著顯著的電壓滯后現(xiàn)象；若電池過充，金屬鋰會在碳電極表面析出，形成鋰枝晶，從而導(dǎo)致短路，出現(xiàn)安全問題等。新能源材料鈦酸鋰的理論比容量175 mAh/g

2、，工作電壓在1.55 V左右，充放電過程中其骨架結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生變化，被稱為“零應(yīng)變”材料，具有極為優(yōu)異的循環(huán)性能和安全性能，而且成本低，是極具發(fā)展前景的新一代鋰離子電池負(fù)極材料，具有取代目前商品化碳材料的潛力。
　　本研究采用不同工藝制備了尖晶石型納米Li4Ti5O12，采用熱分析、XRD、SEM等技術(shù)對實(shí)驗(yàn)樣品的熱穩(wěn)定性、晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了表征分析，進(jìn)而將其組裝成模擬電池，測試其電循環(huán)性能。在溶膠-凝膠法的基礎(chǔ)上，以檸檬酸

3、為螯合劑和燃料，采用此新型燃燒法制備出尖晶石型Li4Ti5O12，考察了檸檬酸含量、煅燒時(shí)間、煅燒溫度等對樣品電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：檸檬酸與鈦的摩爾比為1:1，熱處理溫度為700?C，煅燒8 h制得的Li4Ti5O12電化學(xué)性能最佳。所得樣品粒徑10-200 nm，分布均勻；0.5 C倍率下樣品的首次放電比容量為155.4 mAh/g，經(jīng)過50次充放電循環(huán)后，其放電比容量降到131.1 mAh/g，容量保持率為84.4％。在常規(guī)水

4、熱法的基礎(chǔ)上，采用二次水熱離子交換法合成了尖晶石型Li4Ti5O12。結(jié)果表明：二次水熱離子交換法制備的尖晶石相鈦酸鋰為納米層結(jié)構(gòu)。對不同煅燒溫度下的樣品進(jìn)行恒流充放電性能測試，400、500、600、700、750?C熱處理后樣品的首次放電比容量分別為108.4、129.1、136.9、160.3、148.7 mAh/g。對700?C制得的樣品進(jìn)行倍率性能測試，在0.1 C、0.2 C、1 C、2 C倍率下充放電20次循環(huán)后，相應(yīng)的放