摻雜Li4Ti5O12鋰離子電池負極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、尖晶石型Li4Ti5O12以其優(yōu)越的循環(huán)性能、出眾的安全性能、低廉的成本以及良好的環(huán)境特性，成為國內外學者們研究的熱點，被看作是最具前景的第二代鋰離子動力電池負極材料。然而，Li4Ti5O12自身的電子電導率十分低，僅僅只有10-9S/cm，導致其在高倍率充放電情況下的電化學性能較差，制約了Li4Ti5O12材料的商業(yè)化進程。本文從稀土離子（Rear Earth）摻雜和金屬單質復合兩方面著手，試圖提高Li4Ti5O12的電導率，進而改善

2、其電化學性能。
　　采用水熱合成結合退火處理制備不同濃度稀土離子（RE：Gd3+、Y3+、La3+）摻雜鈦酸鋰納米晶，通過X-射線衍射（XRD）、拉曼光譜（Raman）、掃描電鏡（SEM）、X-射線能譜（EDS）、透射電鏡（TEM）、比表面積（BET）等手段對制備的樣品進行了表征。結果表明，制備的樣品為尖晶石型Li4Ti5O12，并且隨著摻雜濃度的提高，Li4Ti5O12納米晶由不規(guī)則的厚納米片轉變?yōu)橐?guī)則超薄納米片，厚度約為8.5

3、nm。比表面積測試表明，隨著摻雜濃度的提高，其比表面積也由32.9m2g-1逐步增大到43.4m2g-1。電化學性能分析表明，隨著摻雜濃度的提高，Li4Ti5O12納米晶的放電比容量也隨之升高。以Gd3+摻雜Li4Ti5O12納米晶為例，當Gd3+的濃度達到10％時，在1C倍率下充放電，鈦酸鋰超薄納米片在第100次循環(huán)時的放電比容量仍然保持在164.83mAh/g，其放電比容量保持率高達93.7%；特別是在10C倍率下充放電循環(huán)100次

4、，容量保持率約為92.18%。研究表明，RE離子摻雜可調節(jié)尖晶石鈦酸鋰材料的形貌、尺寸，改善鈦酸鋰納米晶的電化學性能。
　　為了進一步提高材料的電化學性能，以10%Gd3+摻雜Li4Ti5O12超薄納米片為載體，采用化學沉積法制備了LTO/Ag復合材料。電化學測試表明，LTO/Ag復合材料在1C、5C、10C、20C和30C的倍率下分別具有188.38、174.63、164.59、154.44、148.69mAh/g的放電比容量，