碳包覆富鋰鈦酸鋰Li4+xTi5O12-C的研究.pdf

1、作為鋰離子電池負(fù)極材料，Li4Ti5O12具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高的優(yōu)良特性，因此在電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能電源領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用前景。然而，Li4Ti5O12的電子導(dǎo)電率(10-13S cm-1)低，極大限制了其容量的發(fā)揮。此外，Li4Ti5O12不同程度地存在首次循環(huán)的不可逆容量損失，即首次庫(kù)倫效率小于100％，造成了能源的浪費(fèi)和電池容量的降低。為解決此問題，本文利用微米級(jí)H2TiO3和納米級(jí)TiO2分別作為鈦源，通過固相反應(yīng)制備出微米

2、級(jí)Li4Ti5O12。針對(duì)微米級(jí)Li4Ti5O12存在的顆粒尺寸大以及循環(huán)性能不佳的缺點(diǎn)，進(jìn)而以中間相瀝青為碳源，將碳熱還原與碳包覆技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，第一次制備出了首次庫(kù)侖效率大于理論值100％、性能優(yōu)良且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的碳包覆富鋰鈦酸鋰Li4+xTi5O12/C復(fù)合材料。綜合運(yùn)用多種結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能分析方法，系統(tǒng)研究了Li4Ti5O12、不同碳含量的Li4+xTi5O12/C以及不同富鋰量的Li4+xTi5O12/C的微觀結(jié)構(gòu)和充放電循環(huán)

3、性能，取得的研究結(jié)果如下：
　　(1)以H2TiO3和Li2CO3為原料，在850℃反應(yīng)12-20h制備出微米級(jí)Li4Ti5O12。當(dāng)Li2CO3過量24％時(shí)合成的產(chǎn)物為純相的Li4Ti5O12。0.1C恒流充放電條件下，Li4Ti5O12的首次放電/充電比容量分別為114.1 mAhg-1和108.9 mAhg-1。以水熱合成的納米級(jí)TiO2和Li2CO3為原料制備出微米級(jí)Li4Ti5O12:0.1 C條件下，其首次放電/充電比

4、容量分別為122.7 mAhg-1和117.7 mAhg-1。
　　(2)以中間相瀝青為碳源，納米級(jí)TiO2和Li2CO3分別作為鈦源和鋰源，通過固相反應(yīng)首次制備出首次庫(kù)侖效率超過100％的Li4+xTi5O12/C復(fù)合材料。碳的加入可以顯著降低顆粒的尺寸，提高充放電循環(huán)性能。目標(biāo)含碳量為4％時(shí)所得Li4+xTi5O12/C復(fù)合材料的性能最佳。0.1 C條件下，其首次放電/充電比容量分別為131.6 mAhg-1和159.3 mA

5、hg-1，首次庫(kù)倫效率高達(dá)121.1％。100次循環(huán)后，充電容量保持率為96.8％，循環(huán)性能優(yōu)異，并且具備優(yōu)良的倍率充放電性能。
　　(3)在目標(biāo)含碳量4％情況下，分別按照原料Li：Ti比為4:5、4.2:5、4.5:5和5:5制備出了不同富鋰量的Li4+xTi5O12/C復(fù)合材料，其首次脫鋰比容量分別為7.4mAhg-1，17.2 mAhg-1，33 mAhg-1和48.1 mAhg-1，對(duì)應(yīng)于Li4.12Ti5O12/C、Li