鈦酸鋰新型電極材料的開發(fā)與研究.pdf

1、Li4Ti5O12是“零應(yīng)變”材料，是一種理想的嵌入型電極，具備了下一代鋰離子電池必需的充電次數(shù)更多、充電過程更快、更安全的特性，有望應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極，但其固有電導(dǎo)率低(10-9S/cm)，制約了商品化應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)旨在于制備高比容量、循環(huán)穩(wěn)定、大電流充放電性能好且低成本的Li4Ti5O12基材料，主要采用了室溫恒流充放電、交流阻抗、循環(huán)伏安等測(cè)試方法，以及XRD、SEM、TG-DTA等材料表征手段。 考察了傳統(tǒng)固相法制備Li

2、4Ti5O12的工藝條件的影響，并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了循環(huán)伏安和交流阻抗的研究，以討論電極的反應(yīng)歷程和動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明反應(yīng)原料、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、原料配比、混料工藝和燒結(jié)氣氛都是影響產(chǎn)物性能的重要因素；交流阻抗測(cè)試表明Li4Ti5O12表面并不形成鈍化膜，將其用做鋰離子電池負(fù)極材料，比碳負(fù)極材料更安全。 分別采用碳摻雜、包覆和球磨混料法對(duì)材料性能進(jìn)行改善研究。結(jié)果表明以石墨為碳源進(jìn)行碳摻雜時(shí)，較佳摻雜范圍為10％～15％w

3、t；采用球磨混料，可使材料的容量和循環(huán)性能顯著提高，在0.5C和1C大倍率下循環(huán)容量也較高，但仍存在不可忽視的容量衰減；采用葡萄糖、蔗糖等有機(jī)碳源進(jìn)行碳包覆，隨著摻雜量的增加產(chǎn)物電荷轉(zhuǎn)移阻抗減小，但摻雜量超過20％wt時(shí)，產(chǎn)物電荷轉(zhuǎn)移阻抗值不再減小。采用兩步合成法對(duì)鈦酸鋰材料進(jìn)行了Mg2+、Fe3+、Al3+、Cr3+、La3+、Zr4+、Nb5+、V5+和F-等離子的有效摻雜。在相同摻雜量下(取代原子數(shù)x=0.15)，Mg2+、Zr4

4、+摻雜的效果最好，摻雜后材料的電荷轉(zhuǎn)移阻抗顯著減小，有利于克服充放電過程的動(dòng)力學(xué)限制，使極化現(xiàn)象減小，可逆容量和循環(huán)性能提高，尤其是Zr4+摻雜的效果最明顯；摻雜量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明x=0.15為較佳的摻雜量。 采用高能球磨混料較長(zhǎng)時(shí)間(約20h)來加強(qiáng)原材料的混合均勻性和原料活性，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行了蔗糖碳包覆以及碳包覆后Mg2+的復(fù)合摻雜。所得材料的大電流循環(huán)性能比單獨(dú)改性制備的材料均有提高，0.5C倍率循環(huán)性好，45次循環(huán)后可逆