鋰離子電池用Li4Ti5O12-C及SnO2復(fù)合負(fù)極材料的合成及性能研究.pdf

1、尖晶石型Li4Ti5O12在充放電前后體積幾乎不發(fā)生變化，具有“零應(yīng)變”的結(jié)構(gòu)特性，循環(huán)性能極好；且其充放電平臺(tái)電壓高（1.55Vvs.Li/Li+），不易引起金屬鋰的析出，安全性得到了保障；而且在鋰離子擴(kuò)散能力上較石墨/碳類負(fù)極材料高，這為實(shí)現(xiàn)快速充放電能力提供了條件；尖晶石型Li4Ti5O12以上這些優(yōu)良特性結(jié)合熱穩(wěn)定性好，成本低，安全環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，為其在未來(lái)大規(guī)模商品化中的應(yīng)用提供了可能，被認(rèn)為是替代目前商品化石墨/碳負(fù)極的理

2、想材料之一。然而Li4Ti5O12材料依然有兩點(diǎn)不足:一是電子和離子電導(dǎo)率較低，大電流條件下充放電的極化程度較高；二是能量密度較低，其理論比容量?jī)H為商業(yè)化石墨/碳負(fù)極的一半；這極大限制了其在鋰離子電池中的大規(guī)模應(yīng)用。
　　針對(duì)以上缺點(diǎn)，本論文采用有機(jī)鋰鹽乙酸鋰為鋰源，TiO2為鈦源高溫固相法合成了Li4Ti5O12材料，并對(duì)其工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。乙酸鋰較其他無(wú)機(jī)鋰鹽具有分解溫度低的優(yōu)點(diǎn)，有利于降低合成成本。實(shí)驗(yàn)證明，800℃溫度下

3、，惰性氣氛中合成的Li4Ti5O12材料具有較高的放電比容量，其中存在的氧空位缺陷可以一定程度上提高其電子電導(dǎo)性，因而顯示了較好的倍率性能。該材料在1.0C倍率下的首次放電比容量達(dá)到170.7mAh·g-1，經(jīng)100次循環(huán)后的容量保持率高達(dá)94.6％，即使是10C高倍率其首周期放電容量依然有143.0mAh·g-1。
　　碳摻雜/包覆被認(rèn)為是提高Li4Ti5O12電導(dǎo)性的一種有效方法。目前，制備Li4Ti5O12/C復(fù)合材料多采用

4、外加碳源的方法。本論文則通過(guò)球磨不同摩爾比例的有機(jī)鋰源乳酸鋰同時(shí)作為鋰源和碳源，與TiO2經(jīng)一步高溫固相法制備了碳摻雜Li4Ti5O12材料，并通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)討論了不同溫度（700℃/800℃/900℃）和鋰鈦比（摩爾比分別為4:5/4.4:5/4.8:5）對(duì)合成材料的影響。采用熱重分析，X射線衍射，掃描電子顯微鏡，交流阻抗，循環(huán)伏安測(cè)試和充放電測(cè)試等手段對(duì)Li4Ti5O12的物理和電化學(xué)性能進(jìn)行表征和測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，800℃溫度下

5、合成的產(chǎn)物顯示出完整的晶型和較高的純度，鋰鈦比為4:5時(shí)得到的樣品具有最好的電化學(xué)性能，最佳合成條件下得到的Li4Ti5O12/C材料在1C和5C下的首次充放電容量分別為168.0和151.0mAh·g-1，循環(huán)50次后容量保持率分別為97.9%和91.7%。10C時(shí)，其首次充放電容量為140.0mAh·g-1，50次循環(huán)后其容量依然有127.3mAh·g-1。
　　SnO2具有較高的理論比容量，但其庫(kù)倫效率不高，且在其中進(jìn)行的離