鈦酸鋰負極材料的摻雜改性研究.pdf

1、本文采用高溫固相法制備得到兩種金屬摻雜的Li4Ti5O12材料和碳包覆金屬摻雜的Li4Ti5O12材料,考察了不同預燒時間、不同碳包覆量、不同摻雜金屬以及摻雜用量對Li4Ti5O12材料性能的影響,并且采用熱分析、XRD、EIS、CV以及恒流充放電測試等分析方法,對材料的結構、形貌及電化學性能進行表征和分析。
　　以Li2CO3、TiO2和一定量活性炭為原料,同時摻雜兩種不同金屬元素,采用二步煅燒法合成二元金屬摻雜的Li4Ti5O

2、12材料。通過實驗對比,當預燒溫度為700℃時,煅燒12h得到的樣品比容量較大,循環(huán)穩(wěn)定性較好。Ni、Cr摻雜的樣品可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性較差,容量衰減較嚴重,摻雜改性效果不理想。摻雜Co、Mn,Al、Zn及Mn、Cr金屬組合的樣品比容量均大于未摻雜Li4Ti5O12,1C倍率下,放電比容量均達到120mAh·g-1以上,改善了材料的大倍率放電性能。樣品Li3.95Co0.05Mn0.1Ti4.9O12的比容量衰減慢,循環(huán)性能良好,其首

3、次充放電效率為82.2％,1C下經20次循環(huán)后,容量保持率達91.9%。Li3.9Al0.05Zn0.05Ti5O12樣品比容量在1C倍率下為157.9mAh·g-1,循環(huán)20次后容量保持率高達97.3%,比容量增大,且循環(huán)穩(wěn)定性良好。1C下,樣品Li4Mn0.05Cr0.02Ti4.93O12經20次循環(huán)后容量僅衰減10.1%,顯示出較高的放電容量和良好的可逆性。
　　以無水葡萄糖為碳源,采用高溫固相法制備碳包覆的鈦酸鋰材料,得

4、到最優(yōu)碳包覆比例為Ti:C=5:10,2C下樣品初始放電比容量達68.2mAh·g-1。不同倍率下循環(huán)20次后,容量保持率均保持在90%以上,提高了樣品的大倍率放電比容量和循環(huán)性能。
　　以Ti:C=5:10的比例碳包覆,同時摻雜不同比例的Cr、Zn、Co元素,通過高溫固相法合成碳包覆金屬摻雜的Li4Ti5O12材料,結果顯示:Li4Cr0.2Ti4.8O12/C樣品的放電比容量和循環(huán)性能有所提高,Cr3+的摻雜從一定程度上降低了

5、材料的放電電壓;Li4Zn0.05Ti4.95O12/C樣品相較于未改性的Li4Ti5O12材料和其它幾種Zn摻雜量的樣品,電化學性能明顯得到改善,在1C下的容量保持率為95.8%;Li4Co0.1Ti4.9O12/C樣品放電容量和循環(huán)性能均比未改性的Li4Ti5O12好,其大倍率下的循環(huán)穩(wěn)定性也是摻雜樣品中最好的;單純碳包覆的樣品放電比容量最大,1C下高達99.7mAh·g-1,不同倍率下,容量保持率均在95%左右,比容量高,循環(huán)性能