锂离子电池Li_4Ti_5O_(12)负极材料的尿素掺杂氮化修饰

Li4Ti5O12是最具前景的混合电动汽车用锂离子动力电池负极材料之一.为了提高其倍率性能,以尿素为氮源对Li4Ti5O12进行掺杂热处理,以在Li4Ti5O12颗粒表面自生长一层高电导TiN修饰膜,利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、X射线能谱仪、Raman光谱仪和半电池充放电测试仪研究了材料的物相、结构、形貌、成分以及电化学性能.结果表明:氮化修饰Li4Ti5O12样品与未修饰样品具有相同的尖晶石Li4Ti5O12的衍射峰,氮化修饰后Li4Ti5O12颗粒表面自生长了一层均匀的薄膜,该薄膜不仅含有N元素,而且还具有TiN的Raman光谱特征振动峰;氮化修饰Li4Ti5O12样品的0.1C首次放电比容量比未修饰Li4Ti5O12样品有所降低,但是却展示了优异的电化学倍率性能和循环性能,3C倍率充放电比容量是未修饰Li4Ti5O12样品的2.6倍,0.1C充放电循环100次后其容量损失仅3%.

TiN_(12)团簇的制备研究

以高纯氮气为载气,通过532nm的激光轰击由Ti、BN粉末混合压制成的样品,生成了钛氮团簇,确定了最稳定钛氮团簇的组成为TiN12。以四氟化钛和三甲基叠氮硅烷为原料,在液氮冷却下开展了钛氮团簇的化学法合成,对所得产物进行了IR、NMR表征,确定其结构为Ti(N3)4。用密度泛函理论(DFT)对TiN12的结构进行了优化,发现存在一种Ti(N3)4形式的具有对称的正四面体结构的稳定构型,这与化学法合成的TiN12的IR和NMR谱相符。不过,仍需进一步确定激光轰击法和化学合成法产生的TiN12是否具有相似的结构。