固相法合成納米尺寸鈦酸鋰負(fù)極材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12)作為最有前途的鋰離子電池負(fù)極材料之一是目前的研究熱點(diǎn)。大量研究表明:通過(guò)優(yōu)化合成方法或者選擇適當(dāng)?shù)拟佋?、鋰源前?qū)物，能夠合成納米尺寸的Li4Ti5O12負(fù)極材料，進(jìn)而改善其大倍率充放電性能。本文致力于研究鈦源——二氧化鈦(TiO2)對(duì)固相反應(yīng)合成Li4Ti5O12的條件及其電化學(xué)性能的影響，主要包含兩方面內(nèi)容:
　　 其一是通過(guò)溶劑熱法制備了具有不同形貌和尺寸的鈦源TiO2。XRD，SEM分析

2、結(jié)果表明樣品的晶相和形貌受鈦酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)的加入量和反應(yīng)時(shí)間共同影響。樣品的形貌隨時(shí)間演化的大致趨勢(shì)是無(wú)特殊形貌，花狀球結(jié)構(gòu)，橢球狀結(jié)構(gòu)。在反應(yīng)過(guò)程中形成的花狀球結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間花狀球結(jié)構(gòu)在溶劑中會(huì)逐步溶解，因此最終產(chǎn)物的形貌為穩(wěn)定的橢球狀結(jié)構(gòu)。花狀球結(jié)構(gòu)存在時(shí)間的長(zhǎng)短決定于Ti(OC4H9)4的加入量，Ti(OC4H9)4加入的量少，花狀球結(jié)構(gòu)存在時(shí)間長(zhǎng)，反之亦然;而且該TiO2花狀球結(jié)構(gòu)是由納米薄片組裝

3、而成的，納米薄片是由以棒狀結(jié)構(gòu)為骨架、棒狀表面堆疊生長(zhǎng)的不均勻納米顆粒組成。高倍SEM分析表明橢球狀結(jié)構(gòu)TiO2表面粗糙，是由尺寸極小的納米晶堆疊而成，并在納米晶堆疊的過(guò)程中形成了孔結(jié)構(gòu)。
　　 其二是使用合成的橢球狀結(jié)構(gòu)二氧化鈦(A-TiO2)和商品二氧化鈦(C-TiO2)分別為鈦源，通過(guò)固相反應(yīng)合成納米尺寸的尖晶石Li4Ti5O12負(fù)極材料，并對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。研究表明，鈦源TiO2的粒徑尺寸、微觀結(jié)構(gòu)影響固相反應(yīng)過(guò)程中L

4、i4Ti5O12的合成條件以及最終產(chǎn)物L(fēng)i4Ti5O12的粒徑尺寸。本實(shí)驗(yàn)體系中，使用具有特殊結(jié)構(gòu)，尺寸為150 nm的A-TiO2為鈦源，不過(guò)量的碳酸鋰(Li2CO3)為鋰源，可以在800℃合成粒徑尺寸為180 nm的純相尖晶石A-Li4Ti5O12-800。該Li4Ti5O12負(fù)極材料A-Li4Ti5O12-800在1C和10C的初始容量分別為164.0和129.6 mAh/g，在1C下100次循環(huán)后容量仍然保持在95.1％，不論是