液相燃燒法制備鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰的研究.pdf

1、隨著全球電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，新一代的電子設(shè)備逐步向著更加小型化與智能化的方向邁進(jìn)。這種發(fā)展趨勢對下一代的鋰離子電池提出了一系列新的應(yīng)用條件。高能量密度、高電勢、良好的循環(huán)性能、良好的高倍率充放電性能以及無污染性成為了研發(fā)新型鋰離子電池電極材料的基本要求。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰是近年來被開發(fā)出的一種新型鋰離子電池負(fù)極材料。它除了滿足上述性能之外，還具有充放電電壓平穩(wěn)，可逆容量高（175mAhg-1）等特點(diǎn)。此外，尖晶石鈦酸鋰作為一種“零應(yīng)變”

2、材料，具有極好的理論循環(huán)性能。所有這些優(yōu)點(diǎn)使其成為鋰離子電池領(lǐng)域中極具發(fā)展前景的電極材料，有著巨大的研究價值和商業(yè)應(yīng)用價值。
　　然而，制備尖晶石鈦酸鋰材料一般采用固相法。固相法的合成步驟相對簡單，但是缺點(diǎn)也很明顯，即耗能高以及純度低。此外，Li4Ti5O12材料的本征電子導(dǎo)電能力（電導(dǎo)率10-13Scm-1）和離子導(dǎo)電能力（鋰離子擴(kuò)散系數(shù)約為2×10-8cm2s-1）不高，因此 Li4Ti5O12在大電流充放電時容量衰減快、倍率

3、性能較差，限制了其在動力鋰離子電池中的應(yīng)用。本文針對以上問題，以鈦酸四丁酯，硝酸鋰等為原材料，采用液相燃燒法合成了納米級純相鈦酸鋰以及鈦酸鋰/碳復(fù)合材料，并通過對實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)條件的探索，大大改善了燃燒法合成鈦酸鋰的生產(chǎn)工藝，從而促進(jìn)了尖晶石型鈦酸鋰材料在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。其中獲得的主要成果與結(jié)論如下：
　　1.通過采用以 P123為表面活性劑的燃燒法能夠合成具有多孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰材料。多孔結(jié)構(gòu)能有效提高鈦酸鋰材料的電化

4、學(xué)性能。
　　2.恰當(dāng)?shù)臒崽幚砟苡行Ц纳柒佀徜嚇悠返母黜?xiàng)特征。在不同的熱處理?xiàng)l件下，能得到具有不同晶粒大小、不同晶粒分散性已經(jīng)不同純度的樣品。在空氣中熱處理的樣品具有較好的純度和分散性，但是晶粒尺寸較大；在氬氣中熱處理的樣品具有較小的晶粒尺寸，但是晶粒分散性和純度較差。
　　3.考慮到在長時間以及高溫度的熱處理?xiàng)l件下鋰元素會因?yàn)檎舭l(fā)而損失，所以在合成之初在原材料中加入適量額外的鋰原料是必要的。實(shí)驗(yàn)證明，5％~10%的額外鋰源

5、能有效改善最終產(chǎn)物的純度。
　　4.在空氣中和氬氣中對燃燒產(chǎn)物進(jìn)行熱處理，具有5%額外鋰源含量的樣品均具有最高的首次充放電容量，分別達(dá)到了160.7 mAhg-1和163.6 mAhg-1(0.5C)，約為理論容量的93.5%。說明產(chǎn)物的純度越高，分散性越好，其電化學(xué)性能越好。
　　5.不同鋰源含量的鈦酸鋰材料均具有較好的循環(huán)性能，在不同的充放電速率下經(jīng)過30次循環(huán)，容量保持率均能保持在96%以上。這是由鈦酸鋰材料的固有性質(zhì)