锂离子电池负极材料Li4Ti5O12

Li4Ti5O12具有充放电循环性能好、电压平台平稳、安全性高、价格低、环境友好、易于制备等优点,在锂离子电池负极材料中得到广泛研究.本文基于国内外近期的研究进展,综述了制备Li4Ti5O12的方法,着重介绍了固相、溶胶一凝胶、熔盐、燃烧、喷雾、水/溶剂热等几种主要的合成方法,并针对Li4Ti5O12电导率低的缺点,详...     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的合成及性能研究

本文通过乙酸锂与二氧化钛反应,采用一步高温固相法在不同反应温度（750 °C/800 °C/850 °C）和反应气氛（氮气/空气）下合成Li₄Ti₅O₁₂材料. 通过热重分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安曲线和充放电曲线分析了Li₄Ti₅O₁₂的晶体结构,观察其微观形貌,并测试其电化学性能. 结果表明,800 °C氮气烧结得到的Li₄Ti₅O₁₂（L-800N）材料粒径较小,该材料在1.0C倍率下的首周期放电比容量达到170.7 mAh·g^-1,100周期循环后的容量保持率高达94.6%,即使是10C高倍率其首周期放电容量依然有143.0 mAh·g^-1,表现出了良好的倍率和循环寿命性能.     

Sb2O3掺杂Li4Ti5O12的电化学性能

采用Sb2O3掺杂改性Li4Ti5O12.用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗技术对样品的电化学性能进行了测试.结果显示,当Ti:Sb＝4：1时,首次放电容量高达595.84mAhog-1,首次的库仑效率为45.7％,存在不可逆容量损失.提出了可能的反应机理,并用该机理解释了影响容量衰减的因素.经过20次充放电循环后,容量保持在249.57 mAhog-1.电化学阻抗谱表明,Sb的掺杂使得电化学反应阻抗减小了.     

不同形貌结构Li4Ti5O12负极材料的最新进展

由于电子和信息行业的需要, 过去十年锂离子电池得以快速发展. 目前, 锂离子电池仍呈现需求量增长的趋势, 对锂离子电池的安全性要求也越来越高. 因此促使寻找一种比碳/石墨材料更安全, 循环性能更理想的锂离子电池负极材料以满足电动汽车等新兴行业的需求. 尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为“零应变材料”具有优异的循环稳定性、价格便宜、容易制备、较高的平台电压和良好的安全性, 已成为锂离子动力电池负极材料的研究热点, 被认为是目前最具应用前景的锂离子电池负极材料. 由于形貌选择对于Li₄Ti₅O₁₂材料的电化学性能有着至关重要的影响, 本文综述了球形、多孔(中空)结构、纳微结构、核壳结构等不同形貌Li₄Ti₅O₁₂的合成及其性能研究的最新进展; 总结了各种形貌的优点, 已解决和待解决的问题, 常用合成方法以及各自的适应领域; 并对Li₄Ti₅O₁₂材料的发展趋势进行了展望.     

三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料：制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物,进一步高温热处理,在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li4Ti5O12纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中,热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li4Ti5O12纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此,复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下,5 000次循环后,其容量保持率高达94%。     

长寿命、高安全性的Li4Ti5O12／LiMn2O4锂离子电池

自Sony公司推出锂离子二次电池以来，以AC／LiCoO2体系为主的商品锂离子电池由于具有高容量、高电压、环境友好等优势，已在便携式电子设备领域得到了广泛应用。但由于C／LiCoO2体系的锂离子电池存在成本、安全和寿命等方面的问题，限制了其在动力和储能领域的应用。选择合适的锂离子电池材料，开发新的电池体系是解决问题的关键。     

反应气氛对Li4Ti5O12/C复合材料性能的影响研究

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、BET、电导率、电性能等测试手段对其进行表征。结果表明：氮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。氮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166.8mAh/g。两样品1C时,经过50次循环容量保持率差别不大。     

锂离子电池负极材料用Co3O4及其复合材料研究进展

锂离子电池的性能主要由正、负极材料决定,负极材料Co₃O₄具备理论容量高、振实密度大、化学性质稳定等特点倍受关注,但存在导电性不好、倍率性能较差等缺点. 解决该问题的手段：一方面可通过材料的纳米化与特殊形貌化如球状、纤维状、片状等,缩短锂离子嵌入和脱出行程;另一方面可通过材料的复合化,促进电子的快速传输和缓冲活性材料在充放电过程中的体积效应. 根据Co₃O₄颗粒的形貌特性对现有研究进行了分类与综述,阐述了改性手段的可能性机理,并对如何提高Co₃O₄的电化学性能提出了一些想法.     

Li_4Ti_5O_(12)亚微米球的制备及其在锂离子电池中的应用

主要合成了具有尖晶石结构的Li4Ti5O12亚微米球电极材料,并研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.材料的制备分为三个步骤:TiCl4水解得到金红石相的TiO2,然后将得到的TiO2与LiOH进行水热反应得到中间相LiTi2O4+δ,最后将中间相高温煅烧得到尖晶石结构的Li4Ti5O12.采用XRD、SEM和TEM等手段对材料的结构和形貌进行表征.结果表明,尖晶石相的Li4Ti5O12负极材料具有分级结构,是由20～30nm的小颗粒堆积成约为200～300nm的亚微米球.将制备的Li4Ti5O12材料进行恒电流充放电测试表明,材料具有优异的倍率放电性能和较好的循环可逆性;在1C充放电时,首次放电比容量达到174.3mAh/g,在第5～50次循环过程中仅有微小的不可逆容量损失.采用循环伏安法测得Li+的扩散系数为1.03×10-7cm2/s.研究表明合成的Li4Ti5O12亚微米球在高效可充电锂离子电池中具有良好的应用前景.     

负极料Li材4Ti5O12的蔗糖改性研究

以蔗糖为碳源,采用固相法合成了C改性的Li4Ti5O12材料．XRD衍射分析表明,C的引入没有改变Li4Ti5O12的尖品石结构,且缓解了颗粒间的团聚,并以初始蔗糖含量为10％（by mass）样品的电化学性能最佳．0．2C放电倍率下首次放电比容量达179．1mAh/g,在2C和3C倍率下首次放电比容量仍达143．8mAh／g和129．4mAh／g．循环伏安和电化学阻抗测试显示改性后的Li4Ti5O12材料电极极化程度较小,并且具有较小的电极反应阻抗．     

锂离子电池负极材料Li_(4-x)K_xTi_5O_(12)结构和电化学性能

采用固相反应的方法制备了尖晶石型Li4Ti5O12和K掺杂Li4-xKxTi5O12(x=0.02,0.04,0.06)。通过XRD、SEM、BET等对制备材料进行了分析。结果表明,K掺杂没有影响立方尖晶石型Li4Ti5O12的合成,同时也没有改变Li4Ti5O12的电化学反应过程。K掺杂Li4-xKxTi5O12具有比Li4Ti5O12小的颗粒粒径和比Li4Ti5O12大的比表面积、孔容积。适量的K掺杂能够明显改善Li4Ti5O12的电化学性能,尤其是倍率性能,但是过多的K掺杂却不利于材料电化学性能的提高。研究表明,Li3.96K0.04Ti5O12体现了相对较好的倍率性能和循环稳定性。0.5C下,首次放电比容量为161mAh·g-1,3.0和5.0C下,容量保持分别为138和121mAh·g-1。3.0C下,200次循环后容量保持为137mAh·g-1。     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的半固相法制备及碳包覆改性

由半固相法制得锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,并研究了Li4Ti5O12的碳包覆改性.采用XRD、SEM、TEM以及HRTEM观察和分析产物的相结构与形貌.采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗技术测试了材料的电化学性质.结果表明,Li4Ti5O12因颗粒团聚电化学性能严重下降,该电极在0.1C和0.5C首周期放电容量分别为121.7和87.6 mAh·g-1;碳包覆Li4Ti5O12/C材料呈球形分布,能抑制颗粒团聚,该电极倍率<0.5C时的放电比容量大于180 mAh·g-1,超过Li4Ti5O12的理论放电比容量(175 mAh·g-1);在1C、5C和10C倍率下,其容量仍保持在136、79.9和58.3 mAh·g-1,碳包覆改性材料具有优异的循环寿命和高倍率性能.     

锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13ZrxO2的制备及电化学性能

为了改善富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ 的循环性能,采用燃烧法合成了正极材料Li_1.2Mn_0.54-xNi_0.13Co_0.13Zr_xO₂（x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06）. 通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对其结构与形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试,循环伏安（CV）及电化学交流阻抗谱（EIS）技术对其电化学性能进行测试. 结果表明,Li_1.2Mn_0.54-xNi_0.13Co_0.13Zr_xO₂（x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.06）正极材料均具有α-NaFeO₂型层状结构;在室温,2.0-4.8 V电压范围,以0.1C和1.0C（充放电电流以1.0C=180 mA·g^-1计算）倍率充放电进行测试,样品Li_1.2Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Zr_0.02O₂的首次放电比容量分别为280.3 和206.4 mAh·g^-1. 其中,在1.0C倍率下,100次循环后容量保持率由原来的73.2%提高到88.9%;以5.0C倍率充放电进行测试,经50次循环后,掺杂正极材料的放电比容量为76.5 mAh·g^-1,而未掺杂材料仅有15.0 mAh·g^-1. 在50、25 和-10 ℃,2.0C倍率条件下,掺杂正极材料的电化学性能均得到有效改善,其中,在- 10℃ 经过50 次循环后正极材料Li_1.2Mn_0.52Ni_0.13Co_0.13Zr_0.02O₂比未掺杂的正极材料相比,其放电比容量提高了61.1%.     

Effect of carbon nanotubes addition on electrochemical performance and thermal stability of Li4Ti5O12 anode in commercial LiMn2O4/Li4Ti5O12 full-cell

Li₄Ti₅O₁₂ (LTO)/carbon nanotubes (CNTs) composite material is synthesized based on a solid-state method by sand-milling, spray-drying and calcining at 850 ℃ under N₂ flow. The LTO/CNTs samples with 1 wt% and 3 wt% weight ratio of CNTs addition and the pristine LTO sample are prepared. The rate performance and the thermal stability of these samples are investigated based on LiMn₂O₄ (LMO)/LTO full-cell. The results show that theweight ratio of CNTs addition has distinct effect on LTO performances. The composite materials of LTO composited CNTs have better performance at high-rate due to the intercalation enhancement by conductive network of CNTs. At second, the overcharging temperature response of the cell's surface with 1 wt% CNTs addition is the lowest. The particle size distribution is measured and the most uniform particles are obtained with 1 wt% CNTs addition. This trend could explain that the mediumquantity of CNTs is optimal to improve the heat and mass transfer and prevent the problems of crystallite growing interference and aggregation during the calcination process.     

Preparation of few-layer reduced graphene oxide-wrapped mesoporous Li4Ti5O12 spheres and its application as an anode material for lithium-ion batteries

A three-dimensional few-layer reduced graphene oxide-wrapped mesoporous Li₄Ti₅O₁₂ (m-LTO@FLRGO) electrode is produced using a simple solution fabrication process. When tested as an anode for Liion batteries, the m-LTO@FL-RGO composite exhibits excellent rate capability and superior cycle life. The capacity of m-LTO@FL-RGO reaches 165.4 mA h g^-1 after 100 cycles between 1 and 2.5 V at a rate of 1 C. Even at a rate of 30 C, a high discharge capacity of 115.1 mA h g^-1 is still obtained, which is three times higher than the pristine mesoporous Li₄Ti₅O₁₂ (m-LTO). The graphene nanosheets are incorporated into the m-LTO microspheres homogenously, which provide a high conductive network for electron transportation.     

三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料:制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物, 进一步高温热处理, 在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中, 热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此, 复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下, 5 000次循环后, 其容量保持率高达94%。     

Li4Ti5O12/(Ag+C)电极材料的固相合成及电化学性能

以Li₂CO₃,TiO₂为原料,葡萄糖为碳源,采用固相煅烧工艺合成了亚微米级的Li₄Ti₅O₁₂/C复合负极材料。并将之与AgNO₃复合,采用固相方法制备出了Ag表面修饰的Li₄Ti₅O₁₂/(Ag+C)复合材料。采用XRD、SEM和TEM测试方法对材料的微结构进行了表征。结果表明,C的存在对Ag单质在Li₄Ti₅O₁₂/C颗粒表面的大量形成起到了积极的促进作用,从而很大程度地提高了Li₄Ti₅O₁₂/C的电导率,因此有效地改善了其电化学性能。在1C倍率下,Li₄Ti₅O₁₂/(Ag+C)复合材料的首次放电容量达到了164 mAh·g^-1。     

高倍率尖晶石型Li_4Ti_5O_(l2)/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)为螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5Ol2/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5Ol2/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料的电化学性能.     

Synthesis of carbon-coated Li4Ti5O12 and its electrochemical performance as anode material for lithium-ion battery

Carbon-coated Li_4Ti_5O_(12) sample was synthesized by a sol-gel method. The Li_4Ti_5O_(12) powders were obtained by calcinations of the gels at 750, 800, 850,900 ℃ at N_2 atmosphere. The structure, morphology and electrochemical properties of the materials were characterized by SEM, XRD and charge and discharge. The final product sintered at 850 ℃ demonstrates excellent performance with a specific capacity of 163.5 mAh/g after 100 cycles at 1C. Furthermore, the discharge specific capacity of the sample can retain 80 mAh/g at 10C.