Li4Ti5O12負(fù)極材料的碳氮改性研究.pdf

1、隨著不可再生資源的消耗殆盡和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，尋找清潔高效的儲(chǔ)能裝置成為全球趨勢(shì)。鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)性能穩(wěn)定及無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的動(dòng)力型電池。電極材料的選擇直接影響鋰離子電池的性能指標(biāo)，Li4Ti5O12是一種“零應(yīng)變”尖晶石結(jié)構(gòu)，有循環(huán)穩(wěn)性能穩(wěn)定和安全性高，放電電壓平穩(wěn)，嵌鋰電位高可以避免枝晶鋰的形成等優(yōu)點(diǎn)而成為新一代鋰離子電池負(fù)極材料的理想選擇。但是，Li4Ti5O12本身導(dǎo)電性差，在大倍率充放電時(shí)容

2、量下降明顯，極化嚴(yán)重，限制了其大規(guī)模的生產(chǎn)運(yùn)用。本文旨在通過簡(jiǎn)單的球磨輔助高溫固相法，對(duì)Li4Ti5O12進(jìn)行碳氮包覆摻雜改性，提高其導(dǎo)電性，從而改善材料的大倍率性能。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　采用三聚氰胺甲醛樹脂（MF）、聚丙烯腈（PAN）、聚苯胺（PANI）為碳氮源對(duì)Li4Ti5O12進(jìn)行碳氮包覆摻雜，對(duì)改性后樣品進(jìn)行XRD、SEM表征及電化學(xué)性能測(cè)試。三種碳氮源對(duì)Li4Ti5O12進(jìn)行改性后得到的樣品中，采用PANI為碳氮源且

3、PANI與Li4Ti5O12質(zhì)量比（包覆比例）為1:20時(shí)得到的PANI-LTO-1-20樣品性能最佳，在10 C放電時(shí)的嵌鋰比容量達(dá)到94.1 mAh·g-1，10 C循環(huán)充放100次后容量保持率為97.2％。
　　以TiO2和Li2CO3為原料制備純Li4Ti5O12，并采用上述選取的PANI為碳氮源通過直接包覆工藝制備改性樣品（LTCN）和TiO2預(yù)包覆工藝制備改性樣品（LCNT）。對(duì)樣品進(jìn)行XRD、XPS和Raman表征分

4、析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，SEM和TEM觀察表面形貌，組裝扣式電池測(cè)試電化學(xué)性能；同時(shí)，將制備樣品與C包覆Li4Ti5O12進(jìn)行性能對(duì)比。
　　通過對(duì)LTCN、LCNT系樣品的性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)TiO2進(jìn)行預(yù)包覆得到的樣品性能更優(yōu)。XRD結(jié)果顯示LTCN、LCNT系樣品均為尖晶石結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12，主峰位向小角度方向偏移，表明有元素?fù)诫s到Li4Ti5O12晶格中；XPS和Raman結(jié)果表明材料表面有C層存在，并且有Ti-N鍵生成；恒流充放電