水（溶劑）熱法制備Li4Ti5O12及其改性研究.pdf

1、由于尖晶石鈦酸鋰具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、安全可靠性高、抗過(guò)充性能優(yōu)、循環(huán)壽命長(zhǎng)和原料來(lái)源豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)，它將成為新一代鋰離子儲(chǔ)能電池的負(fù)極材料而被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和要求高安全性、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)周期的大型儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域。但是目前鈦酸鋰的商業(yè)化大規(guī)模推廣應(yīng)用仍然存在受限因素，原因在于Li4Ti5O12的離子和電子電導(dǎo)率較低造成高倍率性能較差，并且Li4Ti5O12的振實(shí)密度也較低，導(dǎo)致其體積比能量低，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了鈦酸鋰的應(yīng)用。所

2、以如何提高Li4Ti5O12材料的電化學(xué)性能已成為當(dāng)前研究者的主要研究熱點(diǎn)。
　　通常制備方法對(duì)材料最終性能起著關(guān)鍵作用，本文采用兩種水（溶劑）熱法工藝制備了Li4Ti5O12鋰離子電池負(fù)極材料，并通過(guò)表面修飾金屬Ag對(duì)材料進(jìn)行了改性研究。利用XRD、SEM、FTIR、Raman等測(cè)試表征了樣品的晶體結(jié)構(gòu)和形貌分布，結(jié)合恒流充放電、CV和EIS測(cè)試對(duì)樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行分析。
　　第一種工藝方法是采用半水溶劑熱法一步合成了L

3、i4Ti5O12納米顆粒，以鈦酸丁酯、LiOH·H2O作為鈦源和鋰源，考察了不同溶劑對(duì)電化學(xué)性能的影響，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，三甲胺-水體系下合成出的樣品性能最佳。此外，在該溶劑體系下，考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及溶液酸堿度對(duì)材料性能的影響，得知在三甲胺-水微堿性體系下，220℃反應(yīng)24h后產(chǎn)物經(jīng)700℃熱處理2h制備的樣品具備最佳的電化學(xué)性能。樣品呈現(xiàn)顆粒狀，在0.1C、0.5C、1C和10C下的首次放電容量分別為173.58mAh·g-1、1

4、48.77mAh·g-1、138.35mAh·g-1和102.82mAh·g-1，在各倍率下循環(huán)20次容量保持率分別可達(dá)97.32％、95.84％、91.60％、87.20％。
　　第二種工藝是通過(guò)溶劑熱法兩步合成了Li4Ti5O12納米微球。以鈦酸丁酯、乙二醇、丙酮為原料，首先利用溶膠-凝膠法制得球形前軀體，然后將該前軀體與一定量的LiOH·H2O混合，采用溶劑熱法合成了納米微球形Li4Ti5O12。研究發(fā)現(xiàn)，制備前驅(qū)體鈦酸丁酯

5、的合適用量為2mL（V鈦酸丁酯∶V乙二醇=1∶25），所制得前驅(qū)體為形貌完好的球形乙二醇鈦(TG)，優(yōu)化反應(yīng)溫度后發(fā)現(xiàn)，在180℃下反應(yīng)12h即可獲得粒徑在500～800nm的規(guī)則球形Li4Ti5O12樣品。該樣品具有最佳的充放電性能和循環(huán)性能，在0.1C、0.5C、1C、5C和10C時(shí)，材料的首次放電容量分別可達(dá)174.21mAh·g-1，167.62mAh·g-1，157.05mAh·g-1，136.58mAh·g-1和116.05

6、mAh·g-1。循環(huán)30次后，樣品在各倍率下的容量保持率分別達(dá)到99.03％，98.16％,97.14％,96.18％和94.73％。
　　在第二種制備工藝的基礎(chǔ)上，采用溶劑熱法，制備出了球形Li4Ti5O12/Ag復(fù)合材料，研究了不同Ag包覆量對(duì)材料性能的影響。結(jié)果表明含Ag量為5wt.％時(shí)的Li4Ti5O12/Ag復(fù)合材料，其倍率性能和循環(huán)性能相對(duì)最佳，在0.5C、1C、5C和10C時(shí)首次放電比容量可達(dá)186.34mAh·g-