高安全性鋰離子電池負(fù)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(fù)極材料，在純電動(dòng)以及混合動(dòng)力電動(dòng)車的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。其主要特點(diǎn)是鋰離子在進(jìn)入及脫出過程中，體積幾乎不會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)較高的電壓平臺(tái)減少了液態(tài)電解質(zhì)的分解及SEI膜的生成。然而，較低的電導(dǎo)率及鋰離子擴(kuò)散系數(shù)限制了其應(yīng)用。為了改善鈦酸鋰材料的電導(dǎo)率，本論文采用了三種方法，包括金屬離子摻雜，引入電導(dǎo)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(jié)構(gòu)及電化學(xué)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(xué)阻抗譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Li3.8Mg0.2Ti4.8Zr0.2O12樣品的材料內(nèi)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(fù)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(tuán)聚，提高了其電導(dǎo)率。另外，電化學(xué)交流阻抗擬合譜（EIS）顯示Li4Ti5O12/C和Li4Ti5O12電池內(nèi)阻分為55Ω和135Ω，復(fù)合纖維的內(nèi)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(duì)反應(yīng)產(chǎn)物分別采用700℃、750℃、800℃三

4、種不同的燒結(jié)溫度，觀察不同燒結(jié)溫度對(duì)Li4Ti5O12電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，750℃燒結(jié)的樣品的倍率表現(xiàn)好于另外兩個(gè)溫度得到的樣品，同時(shí)該樣品在高倍率50圈后，電容量保持在89％。另外，750℃燒結(jié)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(xué)性能。750℃燒結(jié)的樣品在0.5C倍率下，首圈比電容量為235