水（溶劑）熱法制備Li4Ti5O12及其改性研究.pdf

1、由于尖晶石鈦酸鋰具有結構穩(wěn)定性好、安全可靠性高、抗過充性能優(yōu)、循環(huán)壽命長和原料來源豐富等眾多優(yōu)點，它將成為新一代鋰離子儲能電池的負極材料而被廣泛應用于電動汽車、混合動力汽車和要求高安全性、高穩(wěn)定性和長周期的大型儲能應用領域。但是目前鈦酸鋰的商業(yè)化大規(guī)模推廣應用仍然存在受限因素，原因在于Li4Ti5O12的離子和電子電導率較低造成高倍率性能較差，并且Li4Ti5O12的振實密度也較低，導致其體積比能量低，這些缺點嚴重阻礙了鈦酸鋰的應用。所

2、以如何提高Li4Ti5O12材料的電化學性能已成為當前研究者的主要研究熱點。
　　通常制備方法對材料最終性能起著關鍵作用，本文采用兩種水（溶劑）熱法工藝制備了Li4Ti5O12鋰離子電池負極材料，并通過表面修飾金屬Ag對材料進行了改性研究。利用XRD、SEM、FTIR、Raman等測試表征了樣品的晶體結構和形貌分布，結合恒流充放電、CV和EIS測試對樣品的電化學性能進行分析。
　　第一種工藝方法是采用半水溶劑熱法一步合成了L

3、i4Ti5O12納米顆粒，以鈦酸丁酯、LiOH·H2O作為鈦源和鋰源，考察了不同溶劑對電化學性能的影響，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，三甲胺-水體系下合成出的樣品性能最佳。此外，在該溶劑體系下，考察了反應溫度、反應時間以及溶液酸堿度對材料性能的影響，得知在三甲胺-水微堿性體系下，220℃反應24h后產(chǎn)物經(jīng)700℃熱處理2h制備的樣品具備最佳的電化學性能。樣品呈現(xiàn)顆粒狀，在0.1C、0.5C、1C和10C下的首次放電容量分別為173.58mAh·g-1、1

4、48.77mAh·g-1、138.35mAh·g-1和102.82mAh·g-1，在各倍率下循環(huán)20次容量保持率分別可達97.32％、95.84％、91.60％、87.20％。
　　第二種工藝是通過溶劑熱法兩步合成了Li4Ti5O12納米微球。以鈦酸丁酯、乙二醇、丙酮為原料，首先利用溶膠-凝膠法制得球形前軀體，然后將該前軀體與一定量的LiOH·H2O混合，采用溶劑熱法合成了納米微球形Li4Ti5O12。研究發(fā)現(xiàn)，制備前驅體鈦酸丁酯

5、的合適用量為2mL（V鈦酸丁酯∶V乙二醇=1∶25），所制得前驅體為形貌完好的球形乙二醇鈦(TG)，優(yōu)化反應溫度后發(fā)現(xiàn)，在180℃下反應12h即可獲得粒徑在500～800nm的規(guī)則球形Li4Ti5O12樣品。該樣品具有最佳的充放電性能和循環(huán)性能，在0.1C、0.5C、1C、5C和10C時，材料的首次放電容量分別可達174.21mAh·g-1，167.62mAh·g-1，157.05mAh·g-1，136.58mAh·g-1和116.05

6、mAh·g-1。循環(huán)30次后，樣品在各倍率下的容量保持率分別達到99.03％，98.16％,97.14％,96.18％和94.73％。
　　在第二種制備工藝的基礎上，采用溶劑熱法，制備出了球形Li4Ti5O12/Ag復合材料，研究了不同Ag包覆量對材料性能的影響。結果表明含Ag量為5wt.％時的Li4Ti5O12/Ag復合材料，其倍率性能和循環(huán)性能相對最佳，在0.5C、1C、5C和10C時首次放電比容量可達186.34mAh·g-