鋰離子電池用Li4Ti5O12-C及SnO2復合負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“零應變”的結構特性，循環(huán)性能極好；且其充放電平臺電壓高（1.55Vvs.Li/Li+），不易引起金屬鋰的析出，安全性得到了保障；而且在鋰離子擴散能力上較石墨/碳類負極材料高，這為實現(xiàn)快速充放電能力提供了條件；尖晶石型Li4Ti5O12以上這些優(yōu)良特性結合熱穩(wěn)定性好，成本低，安全環(huán)保等一系列優(yōu)點，為其在未來大規(guī)模商品化中的應用提供了可能，被認為是替代目前商品化石墨/碳負極的理

2、想材料之一。然而Li4Ti5O12材料依然有兩點不足:一是電子和離子電導率較低，大電流條件下充放電的極化程度較高；二是能量密度較低，其理論比容量僅為商業(yè)化石墨/碳負極的一半；這極大限制了其在鋰離子電池中的大規(guī)模應用。
　　針對以上缺點，本論文采用有機鋰鹽乙酸鋰為鋰源，TiO2為鈦源高溫固相法合成了Li4Ti5O12材料，并對其工藝條件進行了優(yōu)化。乙酸鋰較其他無機鋰鹽具有分解溫度低的優(yōu)點，有利于降低合成成本。實驗證明，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到170.7mAh·g-1，經(jīng)100次循環(huán)后的容量保持率高達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/包覆被認為是提高Li4Ti5O12電導性的一種有效方法。目前，制備Li4Ti5O12/C復合材料多采用

4、外加碳源的方法。本論文則通過球磨不同摩爾比例的有機鋰源乳酸鋰同時作為鋰源和碳源，與TiO2經(jīng)一步高溫固相法制備了碳摻雜Li4Ti5O12材料，并通過單因素實驗討論了不同溫度（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)伏安測試和充放電測試等手段對Li4Ti5O12的物理和電化學性能進行表征和測試。實驗結果表明，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時得到的樣品具有最好的電化學性能，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，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，但其庫倫效率不高，且在其中進行的離