基于球型中空鈦酸鋰的鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12)是有良好發(fā)展前景的動(dòng)力鋰離子電池負(fù)極材料，在充放電過(guò)程中，循環(huán)性能優(yōu)越，且脫嵌鋰前后體積幾乎不變，被認(rèn)為是“零應(yīng)變”的嵌鋰材料。但Li4Ti5O12本身電導(dǎo)率低，導(dǎo)致其大電流充放電性能較差，且Li4Ti5O12的比容量較小進(jìn)一步限制了其應(yīng)用。通過(guò)Li4Ti5O12納米化，控制形貌合成，摻雜改性或引入高導(dǎo)電相，如石墨烯等，能顯著改善材料的倍率性能;通過(guò)摻雜比容量高的材料可進(jìn)一步提高材料的比容量。

2、　　(1)采用溶膠凝膠法和水熱法制備球型中空Li4Ti5O12。以SiO2為模板，采用溶膠凝膠法合成出一種核殼結(jié)構(gòu)的SiO2@TiO2復(fù)合材料，然后采用水熱法，以L(fǎng)iOH為鋰源合成球型中空Li4Ti5O12前驅(qū)體，并利用LiOH的腐蝕作用，除掉內(nèi)部的SiO2，Li4Ti5O12前驅(qū)體在不同溫度下高溫煅燒(500℃，700℃)，得到尖晶石型球型中空Li4Ti5O12。借助于TEM、FE-SEM、XRD等表征手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了一系列測(cè)試，考察

3、不同反應(yīng)條件下物質(zhì)形貌結(jié)構(gòu)和晶型變化，在700℃條件煅燒下組成球型中空Li4Ti5O12的納米小顆粒比500℃條件下的排列的更密實(shí)，且晶型更好。電池性能結(jié)果表明，在0.2 C時(shí)，700℃煅燒下的材料的循環(huán)性能更好，且充放電電壓平臺(tái)更寬，明顯優(yōu)于500℃，700℃煅燒的材料經(jīng)過(guò)250圈循環(huán)后容量保留率為91.42％。
　　(2)采用一步法合成球型中空Li4Ti5O12/石墨烯復(fù)合材料。利用靜電作用，在室溫?cái)嚢钘l件下將氧化石墨烯分散在

4、制備的球型中空Li4Ti5O12前驅(qū)體的表面，然后通過(guò)高溫煅燒合成了中空Li4Ti5O12/石墨烯復(fù)合材料。XRD檢測(cè)表明，隨著石墨烯含量的增加，Li4Ti5O12的衍射峰強(qiáng)度減小，晶型變差。電池性能結(jié)果表明，石墨烯含量為9.09wt％和16.67wt％時(shí)，復(fù)合材料的性能均優(yōu)于純相Li4Ti5O12，其中石墨烯含量為9.09wt％的復(fù)合材料具有最好的綜合電化學(xué)性能，在20 C倍率時(shí)，電池的比容量仍可達(dá)到115 mAh/g。在5C條件下充

5、放電循環(huán)性能的測(cè)試表明:石墨烯含量為9.09wt％的復(fù)合材料具有最高的比容量且循環(huán)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于石墨烯含量為16.67wt％復(fù)合材料。
　　(3)采用兩步法合成Co3O4/Li4Ti5O12/石墨烯復(fù)合材料。利用靜電作用在室溫條件下將乙酸鈷均勻吸附氧化石墨烯表面，進(jìn)一步將負(fù)載了鈷離子的氧化石墨烯包裹在中空Li4Ti5O12前驅(qū)體的表面，加入沉淀劑LiOH于80℃回流，通過(guò)高溫煅燒合成了Co3O4/球型中空Li4Ti5O12/石墨烯

6、復(fù)合材料。借助TEM、FE-SEM、XRD等一系列測(cè)試技術(shù)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征，考察了在不同反應(yīng)條件下物質(zhì)形貌結(jié)構(gòu)和晶型變化。表征表明通過(guò)控制乙酸鈷的量，得到的復(fù)合材料的石墨烯表面負(fù)載的Co3O4的顆粒大小和含量各不相同，材料的晶型差異也較大。電化學(xué)性能表明，Co3O4的含量為32.3wt％時(shí)材料的電池綜合性能最好，在電流密度50 mA/g時(shí)，電池的初始比容量達(dá)到了930 mA h/g，經(jīng)過(guò)50圈充放電循環(huán)后，比容量仍達(dá)到553 mA h/g