鋰離子電池用球形鈦酸鋰負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、尖晶石型鈦酸鋰（Li4Ti5O12, LTO）的“零應(yīng)變”性使得它在充放電過(guò)程中具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和很長(zhǎng)的循環(huán)壽命，因而也被認(rèn)為是最具前景的鋰離子電池負(fù)極材料。并且LTO在1.55 V(vs. Li/Li+)左右有平穩(wěn)的充放電平臺(tái)從而避免了鋰枝晶的形成帶來(lái)的安全隱患。然而LTO的電子和離子導(dǎo)電性差嚴(yán)重制約了其高倍率性能，因此對(duì)LTO進(jìn)行研究以提高其倍率性能十分必要。本文以鈦酸丁酯（TBT）和氫氧化鋰為原料，采用十六烷基三甲基溴化銨（C

2、TAB）輔助水熱法及后續(xù)煅燒合成了單分散的LTO微球，研究了制備工藝條件對(duì)LTO微球微觀結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)一步探討LTO微球結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能之間的關(guān)系。
　　首先，在煅燒溫度分別為500、600和700℃的條件下，制備具有不同結(jié)構(gòu)的LTO微球，并對(duì)樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。研究表明：不同溫度下所制備 LTO微球的顆粒粒徑均為4μm左右，XRD和 TEM分析表明，LTO500，LTO600和LTO700的初級(jí)晶粒尺寸分別為50、50

3、和200 nm，且XRD精修結(jié)果表明LTO500和LTO600中除含有痕量的TiO2以外幾乎為純的LTO，而LTO700中則含有12.5%的Li2TiO3。LTO500，LTO600和LTO700的比表面積分別為71.8、38.6和10.3 m2·g-1，且XPS分析表明LTO600中Ti3+的相對(duì)含量最低。這三個(gè)樣品在0.1C的比容量都接近 LTO的理論容量，但在高倍率下 LTO600的比容量更高，在5C、10C、20C和50C充放電

4、倍率下的比容量分別為158、154、153和148 mAh·g-1，在5C下循環(huán)380次后，可逆容量仍保持在150 mAh·g-1。這說(shuō)明LTO微球的初級(jí)晶粒粒徑尺寸和比表面積對(duì)微球的電化學(xué)性能具有關(guān)鍵的影響。
　　其次，在500℃分別煅燒5、8和10 h以制備具有不同孔結(jié)構(gòu)的LTO微球并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行表征。研究表明：隨著煅燒時(shí)間延長(zhǎng)，初級(jí)晶粒尺寸幾乎保持不變，CTAB逐漸分解使 LTO微球的比表面積和介孔孔容均逐漸增加。當(dāng)煅

5、燒時(shí)間為8 h時(shí)，LTO微球的初級(jí)晶粒尺寸約為50 nm，比表面積為82 m2·g-1，總孔容為0.598 cm3·g-1，其在5C充放電倍率下，經(jīng)500次循環(huán)后可逆容量仍為169 mAh·g-1，當(dāng)充放電倍率達(dá)50C時(shí)其可逆容量仍達(dá)158 mAh·g-1，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能和倍率特性。
　　最后，通過(guò)改變CTAB的加入量來(lái)研究CTAB對(duì)LTO樣品形貌的影響，結(jié)果表明：CTAB的加入量從0.5 g增加到2.5 g時(shí)，所制備LTO