尖晶石Li4Ti5O12的可控制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、因鋰離子電池的能量密度較高而被廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子產(chǎn)品，然而目前廣泛使用的碳負極材料存在安全問題，有必要開發(fā)能量密度高安全性好的新型負極材料。尖晶石Li4Ti5O12因其“零應(yīng)變”特性，循環(huán)性能好，安全穩(wěn)定，有較好的應(yīng)用前景。不過，Li4Ti5O12受其微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、晶面形式的嚴重影響，鋰離子和電子在材料界面及內(nèi)部的導(dǎo)電性需進一步改善。為此，我們采用水熱合成法可控制備了具有不同晶體結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12，并通過XRD，SEM

2、等手段對其結(jié)構(gòu)進行表征，使用交流阻抗和充放電測試對其電化學(xué)性能進行表征，了解Li4Ti5O12的晶體結(jié)構(gòu)對其電化學(xué)性能的影響，建立Li4Ti5O12晶體結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能間的相互關(guān)系。此外，還針對Li4Ti5O12倍率性能差的問題進行了摻雜改性研究。主要研究結(jié)果如下:
　　1、采用水熱合成法對Li4Ti5O12進行可控制備
　　探索了水熱合成法制備Li4Ti5O12的各項反應(yīng)條件對其晶體結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控作用，并分析了材料結(jié)構(gòu)

3、與電化學(xué)性能之間的關(guān)系。
　　(1)各項反應(yīng)條件對材料的純度都有一定的影響。當n(Li)∶n(Ti)=4.75∶5，LiOH溶液濃度在3 mol·L-1～5 mol·L-1之間，水熱反應(yīng)溫度在120℃～180℃之間，水熱反應(yīng)時間大于24 h，焙燒溫度高于800℃的條件下得到的樣品為純相的Li4Ti5O12。當材料中含有雜質(zhì)時容量偏低。
　　(2)各項反應(yīng)條件對材料的晶體結(jié)構(gòu)都有一定的影響。隨n(Li)∶n(Ti)增大樣品中(

4、311)晶面所占比例先增大后減小;隨LiOH溶液濃度的升高(311)晶面的占比先增大后減小;在100℃～160℃之間，隨水熱反應(yīng)溫度的升高(311)晶面的占比先增大后減小;隨焙燒溫度的升高(311)晶面所占比例逐漸減小。隨水熱反應(yīng)時間延長Li4Ti5O12由(111)晶面占優(yōu)轉(zhuǎn)變?yōu)?400)晶面占優(yōu)。
　　(3)樣品的晶體結(jié)構(gòu)對其交流阻抗測試結(jié)果和放電容量有一定的影響。當n(Li)∶n(Ti)、LiOH溶液濃度、水熱反應(yīng)溫度和焙燒

5、溫度這些條件中某一條件變化時，隨著樣品中(311)晶面占比增大，電荷傳遞電阻Rct逐漸減小。而且當樣品中(311)晶面占比較大時，材料的結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，放電容量較大。
　　(4)隨著水熱反應(yīng)溫度和焙燒溫度的升高，水熱反應(yīng)時間的延長，材料的顆粒逐漸變大，并發(fā)生團聚，使其倍率性能變差，而材料的晶面占比對其影響不顯著。
　　(5)NH4F的加入使樣品的XRD的衍射峰向高角度方向偏移，而且晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)(002)、(200)和