溶膠凝膠-微波法合成LiTi2(PO4)3及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、LiTi2(PO4)3是一種具有NASICON結(jié)構(gòu)的快離子導(dǎo)體,具有合適的嵌脫鋰電位、平穩(wěn)的充放電平臺和良好的循環(huán)性能,適宜用作水溶液鋰離子電池的負(fù)極材料。但是LiTi2(PO4)3作為負(fù)極材料時由于其電導(dǎo)率低下,特別是電子電導(dǎo)率低下導(dǎo)致材料充放電過程中的極化較大,材料的電化學(xué)性能差。經(jīng)過表面碳包覆可以增加LiTi2(PO4)3顆粒之間的導(dǎo)電性,從而使它的電導(dǎo)率得到了明顯的提高,材料的電化學(xué)性能得到極大的改善,尤其是在水溶液電解液中具有

2、良好的循環(huán)穩(wěn)定性。通過金屬離子的摻雜,可以改變LiTi2(PO4)3顆粒內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性。
　　 本文采用溶膠凝膠-微波法制備了LiTi2(PO4)3、LiTi2(PO4)3/C和Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3,研究并優(yōu)化了在制備過程中的工藝參數(shù)。采用TG-DTA、XRD、SEM、TEM、紅外分析、振實(shí)密度、比表面積及粒度分析等多種方法對樣品性能進(jìn)行了表征,并對合成樣品進(jìn)行了交流阻抗、循環(huán)伏安、恒流充放電測試,

3、研究了樣品的充放電平臺、充放電容量、循環(huán)性能。以醋酸鋰、鈦酸丁酯、磷酸和無水乙醇為主要原料,制備了具有NASICONJ結(jié)構(gòu)的純相LiTi2(PO4)3。研究了原料用量、微波加熱溫度、保溫時間對樣品品性能的影響,并探討其合成機(jī)理。結(jié)果表明:當(dāng)醋酸鋰、鈦酸丁酯、磷酸的用量摩爾比為1.05:2:3.5時,制備出了純相的LiTi2(PO4)3樣品;當(dāng)微波熱處理溫度為600℃,保溫15min時,晶粒度為42.25nm;此條件下,粒度分布均勻,粒徑

4、分布在100～300nm之間,樣品振實(shí)密度為2.1g/ml;樣品具有平穩(wěn)的充放電平臺,樣品在0.1C倍率下首次放電比容量為為123.4mAh/g,經(jīng)過10次循環(huán)后,其放電比容量保持在109.3 mAh/g其放電比容量保持為88.6％。以醋酸鋰、鈦酸丁酯、磷酸和無水乙醇為主要原料,分別以葡萄糖和檸檬酸為碳源合成LiTi2(PO4)3/C。研究了不同碳源對樣品LiTi2(PO4)3的結(jié)構(gòu)和性能的影響,結(jié)果表明:以檸檬酸為碳源合成的樣品具有優(yōu)

5、異的電化學(xué)性能,循環(huán)伏安測試和交流阻抗測試表明,經(jīng)過碳包覆后的樣品氧化峰電位和還原峰電位差值減小,電荷轉(zhuǎn)移阻抗降低,材料的電化學(xué)反應(yīng)可逆性得到增強(qiáng),電化學(xué)性能得到提高。研究了不同的摻碳量對樣品LiTi2(PO4)3性能的影響,結(jié)果表明,隨著摻碳量的增加,XRD的特征峰峰強(qiáng)度略微降低,這是由于非晶態(tài)物質(zhì)增多,晶態(tài)物質(zhì)相對減少引起;樣品的顆粒粒度分布均勻且被細(xì)化,比表面積增大,其中以檸檬酸為碳源,摻碳量為5%的LiTi2(PO4)3樣品比表