高性能锂电池材料Li4Ti5O12/C的制备与性能

分别以蔗糖、可溶性淀粉作为碳源，采用固相法在N2气氛中制备尖晶石结构的Li4Ti5O12/C复合正极材料，通过X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）分析和电化学性能测试表征了Li4Ti5O12/C的晶体结构、表面形貌和电化学性能，结果表明，碳源的加入抑制了晶粒的生长，增大了材料的比表面积，增强了材料的电化学性能，其中，碳源为可溶性淀粉时，样品在0．1C下首次放电比容量达到了164．9mAhg^-1，在2．OCT首次放电比容量可达到125．4mAhg^-1，且循环性能良好。

溶胶-凝胶法合成Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料及性能研究

采用溶胶-凝胶法,以柠檬酸和月桂酸作螯合剂和碳源,原位碳化,制备了Li4Ti5O12/C材料。采用XRD、SEM、TEM、TG-DSC以及恒流充放电测试等手段对材料的形貌、结构和电化学性能进行表征。通过研究碳源的含量和煅烧制度对物相结构、颗粒形貌及电化学性能的影响,优化制备工艺。柠檬酸和月桂酸与钛的摩尔比分别为1∶6和1∶20的前驱体在800℃烧结15h后产物的碳含量约为2.3%(质量分数),碳层的厚度约为5～10nm,电化学性能最佳。1C倍率下,放电容量为151.1mAh/g,50次循环后容量无明显衰减。

镁离子掺杂对Li_4Ti_5O_(12)/C结构和电化学性能的影响

以乳酸镁为Mg2+的掺杂源和部分碳源,以乙醇为溶剂,在惰性气氛下采用高温固相合成法合成掺Mg2+的Li4Ti5O12/C复合材料。采用X-射线衍射、扫描电子显微镜、激光粒度分析和电性能测试等对复合材料进行表征,考察了Mg2+对于目标化合物结构和电化学性能的影响。结果表明,在C/3倍率下材料掺杂前后第二个循环的放电容量分别为145、162 mAh/g,循环30次后容量为138、150 mAh/g。电化学交流阻抗表明,掺杂后的材料阻抗Rct从180Ω减小到45Ω。掺杂后振实密度比掺杂前提高了0.27 g/cm3。

相对较高Cl掺杂对Li4Ti5O12负极材料的电化学性能的影响

本研究通过固相法合成了少量Cl掺杂样品(Cl-LTO-1:80,1:80为LiCl与LTO质量比)和相对较高Cl掺杂样品(Cl-LTO-1:16)。X射线衍射(XRD)表明,掺杂Cl不会改变立方尖晶石钛酸锂的结构,并检测到Li2O的存在。使用循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、倍率测试和充放电循环性能测试来表征其电化学性能。结果表明,所有掺杂样品的放电容量都有所提高。在所有样品中,Cl-LTO-1:16样品的放电容量在不同倍率下(0.2 C, 0.5 C, 1 C, 2 C)最高。在0.2 C倍率下,Cl-LTO-1:16样品的放电容量比原始Li4Ti5O12样品高出64%。高掺杂样品的显著改善可归因于Cl-LTO-1:16样品中铜箔和LTO电极材料之间的Li2O/CuO中间层,该中间层由铜箔表面自组装的少量CuO和固相法制备过程中产生的Li2O组成。

Li_4Ti_5O_(12)/C复合电极材料的制备及性能研究

以偏钛酸、碳酸锂和葡萄糖为原料,采用高温固相法制得炭包裹钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12)/C)复合材料,采用X-射线衍射和扫描电子显微镜对制得的产物进行表征,最后将制得的Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料组装成CR2016扣式电池,并对锂离子电池的性能进行测试。结果表明,锂钛摩尔配合比在1.00∶0.86～1.00∶0.90范围内,煅烧温度800℃,煅烧8h,葡萄糖加入量为10%(wt,质量分数),电流倍率分别为0.1C和5C条件下,比容量分别达到168mAh/g和128mAh/g,制得的Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料的电学性能良好。

溶胶-凝胶法制备Li_4Ti_5O_(12)/C复合负极材料及性能研究

以醋酸锂、钛酸丁酯为原料,草酸为络合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法氮气气氛中合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/C,研究了锂源过量与否对材料结构和电化学性能的影响。采用XRD、SEM对材料的晶体结构和微观形貌进行表征,采用恒流充放电循环测试对材料的电化学性能进行表征。结果表明：当锂源过量5%时,合成的Li4Ti5O12/C材料为单一的尖晶石结构,且样品粒径较小（约100~150 nm）,有利于锂离子的嵌入与脱出。其在0.2、1.0、2.0 C和5.0 C时的首次放电比容量分别为182.5、162.7、155.7 mAh/g和155.3 mAh/g,且5.0 C倍率下循环50次后仍达153.9mAh/g,表现出较好的高倍率放电性能和循环稳定性。

锂离子电池负极材料多孔Li_4Ti_5O_(12)/C的制备与表征

将钛源、锂源和碳源三种化合物一起球磨湿混成均匀浆料,再依次经过喷雾干燥和高温煅烧制得晶粒表面包覆纳米碳层的多孔球形钛酸锂(Li4Ti5O12)材料.通过XRD、SEM、TEM、BET和电化学性能测试等分析手段表明,合成出的Li4Ti5O12/C材料为纳米一次粒子(晶粒)组成的球形二次粒子(颗粒),具有较大的比表面积,达到39.5 m2/g;在0.1C、1.0C和5.0C倍率下的首次放电比容量分别达到172.2、168.2和153.6 mAh/g,并表现出优良的循环性能.晶粒表面包覆碳的多孔Li4Ti5O12材料具有明显的高倍率性能和循环稳定性优势.

Li_4Ti_5O_(12)/(Cu+C)复合材料的制备及电化学性能

以Li4Ti5O12,Cu(CH3COO)2.H2O和C6H12O6为前驱体,化学沉积与热分解结合合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/(Cu+C)。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗方法表征样品的结构、形貌和电化学性能。结果表明,Li4Ti5O12表面包覆的Cu与C提高了Li4Ti5O12电极材料的导电率,其循环性能和倍率性能得到有效地改善。在0.5C、1C和3C倍率下,经过50次充放电循环,放电比容量分别为168.2、160、140.6 mAh.g-1,其容量保持率分别为88.7%、84.4%、71.2%。电化学阻抗测试表明,表面包覆的Cu与C使其电荷转移阻抗大幅度减少。

Li_4Ti_5O_(12)/AC非对称电化学电容器的研究

应用纳米微晶TiO2为原料,通过高温固相反应合成了具有尖晶石结构的锂钛复合氧化物Li4Ti5O12,该材料的首次嵌脱锂效率可达91.9%,10 mA/g电流密度下的可逆嵌锂容量为102 mAh/g。将其制成嵌锂电极后与活性炭电极构成新型的Li4Ti5O12/AC非对称电容体系。测试结果表明:在80 mA/g条件下,其双电极比电容为41.6 F/g,能量密度为采用相同电解液体系的AC/AC双电层电容的4.6倍,充放电效率达95.8%,且大电流性能及循环性能良好。

C改性Li_4Ti_5O_(12)的性能研究

采用固相法制备了C改性的Li4Ti5O12。用X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征了材料的结构和形貌特征。用循环伏安、电化学阻抗和恒流充放电研究了材料的电化学性能。结果显示,C的加入抑制了颗粒的增大,材料晶胞产生了收缩,首次放电比容量为107.93mAh·g-1,循环100次后容量衰减仅为3.01%。电化学阻抗表明,C的加入减小了Warburg扩散阻抗。

锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)/C的制备与表征

针对Li4Ti5O12导电性和倍率性能差的缺陷,以PEG为碳源采用溶胶-凝胶法制备出电池负极材料Li4Ti5O12/C,考察不同分子量聚乙二醇PEG(400、600、1000)做碳源制备的Li4Ti5O12/C复合材料电化学性能的优劣,采用热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、恒流充放电、倍率放电、交流阻抗(EIS)等方法对材料进行了结构表征和电化学性能测试。结果表明:以PEG1000为碳源时得到的Li4Ti5O12/C,0.1C下首次放电比容量为143.5 m A·h·g-1,2C的倍率下仍然保持了105 m A·h·g-1的比容量,容量保持率达到73.17%,并且此材料有最小的电阻,在大电流条件下有良好的电化学性能。

球形Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料的制备及其性能研究

以TiCl4和导电碳黑为原料,通过"外凝胶"法制备出掺碳球形前驱体,再通过一定的热处理后制备出了锂离子电池球形Li4Ti5O12/C复合负极材料。采用XRD、SEM、比表面及电化学性能测试等分析手段表明,掺碳抑制了Li4Ti5O12晶粒的生长,增大了比表面积,提高了材料的反应动力学性能;掺碳后Li4Ti5O12的振实密度有所降低,但仍明显高于采用传统固相反应法和溶胶-凝胶法制备的非球形产品,掺5%碳的Li4Ti5O12振实密度可达1.71g/cm3;当充放电倍率为1.0C时,在1～3V之间充放电,其首次放电比容量高达144.2mAh·g-1,经过100次充放电循环后,其放电比容量仍有118.2mAh·g-1。

Co^(3+)掺杂对Li_4Ti_5O_(12)结构及性能的影响

以钛酸正丁酯、碳酸锂和三氧化二钴为原料,采用高能球磨辅助固相法及原位包覆技术合成了负极材料尖晶石型Li4Ti4.95Co0.05O12。通过XRD、SEM、充放电和循环伏安测试等,对材料进行分析。高能球磨辅助固相法及原位包覆技术可阻止Li4Ti5O12颗粒团聚、提升颗粒的分散度;Co3+掺杂不会改变晶体结构,但提高了材料的高倍率性能及循环稳定性。在1.0～3.0 V以2.0 C、5.0 C、10.0 C和20.0 C倍率充放电,Li4Ti4.95Co0.05O12的首次放电比容量分别为146.7 mAh/g、135.5mAh/g、113.5 mAh/g和67.2 mAh/g,经过100次循环,可逆容量基本未衰减。

纳米Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料的制备与性能

基于煅烧温度对Li4Ti5O12粒径与反应性的影响,采用两步固相反应制备了纳米Li4Ti5O12/C复合材料,并采用XRD、SEM、TG/DTA、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试进行了表征。结果显示,无定形TiO2和Li2CO3原料于600℃反应生成Li2TiO3和金红石TiO2复合物,晶粒基本无生长;高于700℃煅烧,复合物转化为Li4Ti5O12,但晶粒生长增速。在原料中掺入蔗糖于800℃一步固相反应制备Li4Ti5O12/C复合材料,可显著抑制晶粒生长,但产物中含有金红石TiO2杂相,电化学性能不佳。采用两步固相反应,原料于600℃预热处理得到Li2TiO3/TiO2复合物,然后掺入蔗糖于800℃高温煅烧,可制得粒径约100～200nm的纯相Li4Ti5O12/C复合材料,0.2C放电容量达167.3mAh/g,1C放电容量达163.1mAh/g,1C循环30周后容量保持率达96%。

TiCl_4水溶液强水解合成Li_4Ti_5O_(12)的研究

在高LiOH浓度下，以TiCl4和LiOH·H2O为原料，水解并合成Ti（OH）6^2-，控制条件，让Li^＋嵌入Ti—O八面体中，直接合成了Li4Ti5O12前躯体。对粉体进行了DSC—TGA、XRD分析，结果表明，热处理温度和时间对合成材料的组成和性能影响较大，在700～800℃热处理前驱体即可得到纯尖晶石相Li4Ti5O12。SEM分析及电性能检测表明，经过800℃热处理6h的样品结晶度好，颗粒分布较均匀，平均粒径约为1μm；在0．1C充放电倍率下，首次可逆比容量达158．8mA·h／g，11次循环后，仍有133．8mA·h／g。

Li4Ti5O12-C复合材料的制备及性能

以葡萄糖为碳源,以Li_2CO_3、TiO_2为原料,采用原位复合法制得不同碳质量分数的锂离子电池复合负极材料Li_4Ti_5O_（12）-C。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对复合材料的结构及表面形貌进行了表征,采用恒流充放电和电化学阻抗等技术对复合材料进行电化学性能测试。结果表明：Li_4Ti_5O_（12）-C没有杂相,颗粒均匀。其中,碳质量分数为3%的复合材料在0.5 C下的首次放电比容量最高,为185.9 mA·h/g,循环50次后,其放电比容量仍为161.5 mA·h/g,容量保持率为86.9%;在4.0 C下,其首次放电比容量为106.9mA·h/g。与其他样品相比,碳质量分数为3%的复合材料循环伏安氧化还原峰电位相差为278.6 mV,溶液阻抗为6.198？,电荷转移电阻为187.2？,电化学性能最好。

反应气氛对Li_4Ti_5O_(12)/C复合材料性能的影响

以葡萄糖为碳源,采用固相法制备了Li4Ti5O12/C复合材料。探讨了不同反应气氛(N2/O2)对材料物理性质及电化学性能的影响,并通过XRD、SEM、BET、电导率、电性能等测试手段对其进行了表征。结果表明,N2气气氛中烧结的样品粒度、比表面积、电导率均比空气中烧结样品大。N2气中烧结样品的倍率性能优于空气中烧结样品,在以0.1C倍率充放电时,首次放电比容量为166.8mA.h/g。2种样品在1C时,经过50次循环容量保持率差别不大。

AC/Li_4Ti_5O_(12)混合电容器的性能研究

采用固相法合成了Li4Ti5O12。用X射线衍射(XRD)表征了材料的粉末结构特征。将Li4Ti5O12用作超级电容器的负极,与活性炭(AC)正极组装成混合电容器,用循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)和恒流充放电考察了其电化学性能,并在三电极体系下研究了Li4Ti5O12在混合电容器中的反应机理。结果表明,混合电容器中的赝电容来源于Li4Ti5O12的不完全反应。当以0.5mA·cm-2的电流密度循环时,首次放电比容量为69.9F·g-1,800次后比容量为61.2F·g-1,并分析了容量衰减因素。

Li_4Ti_5O_(12)晶体16c位八面体几何特征和锂离子运动方向

固相法合成Li4Ti5O12晶体。采用X射线衍射法(XRD)对合成Li4Ti5O12的结构进行研究,发现在Li4Ti5O12中16 c位锂氧八面体发生扭曲,锂氧八面体中12条棱边长度不相同,两组棱边每组各6条,其中一组棱边长度0.326 04 nm,另一组棱边长度为0.296 27 nm。由于Li4Ti5O12晶体16 c位锂氧八面体发生扭曲,锂离子在Li4Ti5O12晶体运动方向选择性运动。

锂离子电池Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)负极材料的结构与电化学性能

采用高温固相法合成了Li_4Ti_5O_(12)和Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)负极材料,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)和充放电测试等手段研究样品的结构和电化学性能。XRD图谱表明铈掺杂并没有改变样品的晶体结构;循环伏安曲线表明Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)样品具有更好的可逆性,铈的掺杂有利于锂离子的可逆脱嵌;微分电容曲线表明Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)的充放电的峰电位值差比Li_4Ti_5O_(12)小,说明前者具有更小的电化学极化;充放电测试表明,5 C倍率充放电时,Li_4Ti_(4.95)Ce_(0.05)O_(12)和Li_4Ti_5O_(12)的可逆放电容量分别为120 m A·h/g和80 m A·h/g左右,说明铈的掺杂提高了Li_4Ti_5O_(12)材料的倍率容量和循环性能。