溶劑熱法制備鋰離子電池負極材料球形鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、本文中使用溶劑熱法制備了球形Li4Ti5O12、Li4Ti5O12空心微球以及介孔Li4Ti5O12微球負極材料，通過 XRD、SEM、TEM測試對材料的物相及形貌結(jié)構(gòu)進行了表征，采用電化學測試方法對材料在不同倍率下的充放電比容量、循環(huán)穩(wěn)定性能進行了測試并分析。主要的研究內(nèi)容包括：
　　(1)通過控制溶劑熱反應(yīng)中鈦酸四正丁酯和醋酸鋰的比例、反應(yīng)時間以及后續(xù)熱處理的溫度得到了Li4Ti5O12產(chǎn)物。經(jīng)XRD測試后證明產(chǎn)物為尖晶石型鈦

2、酸鋰；SEM測試表明產(chǎn)物為粒徑在1um左右的球形Li4Ti5O12。對球形Li4Ti5O12以0.1C的倍率充放電時，首次放電容量為167.3 mAh/g，在經(jīng)過20次循環(huán)后，容量降低為162.4 mAh/g，保持率為97.1％；以1C倍率充放電時，經(jīng)過20次循環(huán)后，放電容量從142.9 mAh/g減小至114.1 mAh/g，容量保持率下降到了79.8%；在充放電倍率增加到5C，20次循環(huán)后，容量從117.1 mAh/g衰減為60.2

3、 mAh/g，容量保持率僅為51.4%。
　　(2)在上述研究基礎(chǔ)上，在溶劑熱過程中加入 NH4HCO3后，得到了具有空心球結(jié)構(gòu)的溶劑熱產(chǎn)物；熱處理后得到Li4Ti5O12產(chǎn)物。通過SEM掃描測試對Li4Ti5O12產(chǎn)物的形貌進行觀測后發(fā)現(xiàn)，制備所得的產(chǎn)物具有中空多孔的球形結(jié)構(gòu)。在0.1C的倍率下，首次放電容量達到了168.6 mAh/g，接近于Li4Ti5O12的理論比容量175mAh/g。隨著充放電倍率的增加(0.1C-10C

4、),首次放電容量逐漸降低，分別為168.6mAh/g、153.4 mAh/g、144.8 mAh/g、117.6 mAh/g、94.1 mAh/g。在不同倍率下循環(huán)50次后，除了在0.1C下由于新制備的電極片上吸附的痕量水引起的容量損失外，容量沒有發(fā)生明顯的衰減。
　　(3)在鈦酸四正丁酯和醋酸鋰的水/乙醇混合溶液中加入草酸抑制鈦酸四正丁酯的水解，溶劑熱后再經(jīng)熱處理制備了由納米粒子組成的Li4Ti5O12介孔微球，通過 BET測試

5、后測得產(chǎn)物的比表面積為80.65m2/g，其中孔道面積為0.39 m2/g，孔徑的大小分布為在19.3nm。在以0.5C、1C、2C、5C、10C倍率充放電時，材料的首次放電容量分別為173.6mAh/g，162.1mAh/g，153.4mAh/g，141mAh/g，114.3mAh/g，在5C倍率下容量保持率為81.2%，在10C倍率下為65.8%，比鈦酸鋰空心球具有更好的容量保持率；不同的倍率下充放電50個循環(huán)后，容量保持率為95.