鈦酸鋰的制備及摻雜改性研究.pdf

1、目前,商業(yè)化的鋰離子電池負極材料主要是碳材料,但以碳材料為負極的鋰離子電池在實際應(yīng)用上仍存在一些問題:(1)過充電時易析出鋰枝晶,造成電池短路;(2)易在碳表面形成鈍化膜,造成容量損失;(3)碳材料的平臺電壓接近于金屬鋰,容易引起電解液的分解,從而帶來安全隱患。而尖晶石型的Li4Ti5O12與碳材料相比具有明顯的優(yōu)勢:(1)鈦酸鋰的電位比金屬鋰的高(1.55V vs.Li+/Li),不易產(chǎn)生鋰晶枝;(2)它是一種“零應(yīng)變”材料,表現(xiàn)出優(yōu)

2、良的循環(huán)性能;(3)充放電過程中電壓平穩(wěn),而且電解液不致發(fā)生分解。但是,其固有電導(dǎo)率低(10-13S/cm)制約了商業(yè)化應(yīng)用。本文通過改進制備方法和陽離子摻雜等來改善和提高Li4Ti5O12的電化學(xué)性能。
　　以蔗糖為輔助燃燒劑,采用水熱法制備具有較高放電比容量和較好循環(huán)性能的Li4Ti5O12樣品?？疾炝虽団伳柋?、蔗糖加入量、水熱處理時間及燒結(jié)溫度等條件對Li4Ti5O12性能的影響。結(jié)果表明,Li4Ti5O12樣品制備的最優(yōu)

3、條件為:鋰鈦摩爾比為0.82,蔗糖加入量為10wt.％,160℃下水熱處理18h,再在750℃中燒結(jié)2h。最優(yōu)條件下制備的Li4Ti5O12樣品在0.5C倍率下首次放電比容量為164.78mAh/g,50次循環(huán)后仍然保持在150.32mAh/g。
　　以乳酸為配位劑,采用溶膠-凝膠法制備了性能較好的Li4Ti5O12樣品。研究了乳酸與鈦酸丁酯的配比、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間等因素對Li4Ti5O12性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)乳酸與鈦酸丁酯

4、的摩爾比為0.6,在800℃燒結(jié)18h制備的Li4Ti5O12的電化學(xué)性能較好。在0.5C倍率下的首次放電比容量為172.62mAh/g,循環(huán)50次后仍為151.68mAh/g。
　　此外,采用溶膠-凝膠法制備了Li4Ti5CuxO12+x和Li4Ti4-2xNixMnxO12樣品,探討了摻雜不同元素對Li4Ti5O12性能的影響。結(jié)果表明,離子摻雜可以有效地改善Li4Ti5O12的電化學(xué)性能。其中Li4Ti5Cu0.3O12.3