纯相Li4Ti5O12水热合成及其电化学性能

以纳米级锐钛矿型二氧化钛(TiO2)和氢氧化锂(LiOH)为原料,利用水热法合成了尖晶石型Li4Ti5O12材料,并研究了LiOH浓度、水热反应时间及热处理温度对Li4Ti5O12样品结构和电化学性能的影响,分析了Li4Ti5O12的形成过程.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析样品材料结构,观察材料形貌.结果表明,LiOH浓度0.2 mol.L-1、水热反应时间12 h及煅烧温度700℃可得到纯相尖晶石型Li4Ti5O12,该样品1C倍率放电比容量为146.3 mAh.g-1,40C高倍率其放电比容量仍有101.3 mAh.g-1.     

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%。     

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.     

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.     

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.     

Fe3O4/C的制备与电化学性能研究

应用共沉淀法并以原位聚合苯胺包覆Fe3O4作碳源制备Fe3O4/C的复合材料.XRD、SEM、TEM等测试显示,样品中Fe3O4纳米颗粒(40～80 nm)均匀分散在无定形碳的内部.在50 mA.g-1电流密度下,经过30次循环充放电测试,该材料的容量仍保持在1000 mAh.g-1左右.     

新型Li_4Ti_5O_(12)@石墨烯的微波辅助合成及电化学性能研究

将钛酸四丁酯和氧化石墨超声分散于叔丁醇,微波辐射下加入醋酸锂溶液制备尖晶石Li4Ti5O12(LTO)前驱体/氧化石墨烯。一方面,微波作用促进了钛酸四丁酯水解,前驱体的形成能在15 min内完成。另一方面,叔丁醇的"软模板"限域作用导致形成粒子极小且形貌单一的LTO前驱体。同时,细小的LTO前驱体粒子通过二次团聚将氧化石墨烯纳米片完全包埋。最后,LTO前驱体/氧化石墨烯在800℃下煅烧8 h得到尖晶石LTO@石墨烯(LTO@G)。研究表明,LTO@G晶体尺寸在0.2~1.5μm之间,其振实密度达到1.7 g·cm-3。石墨烯位于晶体内部,并显著提高了材料的电子传导性。LTO@G的电导率为1.84×10-3 S·m-1,远高于纯相LTO(1.1×10-7 S·m-1)。1C和4C下,LTO@G首次充放电容量分别是170.1和97.5 m Ah·g-1。可见,LTO@G具有高倍率性能和振实密度,可广泛应用于各种商品锂离子电池。     

碳包覆Na2Ti6O13纳米管的电化学性能研究

以金红石型TiO2和NaOH为原料,由水热反应制备Na2Ti6O13纳米管.然后,在含有0.1 mol.L-1NaOH的葡萄糖水溶液中反应4 h制得碳包覆的Na2Ti6O13纳米管.X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析表明,该碳包覆Na2Ti6O13纳米管外径约14～19 nm,内径约2～5 nm,长度为数百纳米,有一层厚度约为2 nm的碳层包覆在纳米管外壁.以其作为锂离子电池负极材料,恒电流充放电测试表明,在50 mA.g-1电流密度下首周可逆容量达到161 mAh.g-1,循环100周后容量保持在147 mAh.g-1.相比于Na2Ti6O13纳米管,提高了20%以上.电流密度升至1600 mA.g-1充放电,碳包覆Na2Ti6O13纳米管可逆容量仍有70 mAh.g-1左右,远高于Na2Ti6O13纳米管,表现出良好的倍率性能.     

Li4Ti5O12/CMK-3复合材料的制备及其作为锂离子电池负极材料的性能

将LiNO₃和Ti(OC₄H₉)₄填填充在有序介孔碳CMK-3 孔道中, 然后烧结合成了Li₄Ti₅O₁₂/CMK-3复合材料. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对其结构和微观形貌进行了表征. 利用差热-热重分析(TG-DTA)测试复合材料中Li₄Ti₅O₁₂的含量. 利用充放电测试、循环伏安和电化学阻抗技术考察了复合材料作为锂离子电池负极材料的性能. 发现Li₄Ti₅O₁₂分布在CMK-3孔道中及其周围, 复合材料的高倍率充放电性能显著优于商品Li₄Ti₅O₁₂, 复合材料中Li₄Ti₅O₁₂的比容量明显高于除去CMK-3的样品(在1C倍率时比容量为117.8 mAh·g^-1), 其0.5C、1C和5C倍率的放电比容量分别为160、143 和131 mAh·g^-1, 库仑效率接近100%, 5C倍率时循环100次的容量损失率只有0.62%. 本研究结果表明CMK-3明显提高了Li₄Ti₅O₁₂的高倍率充放电性能, 可能是CMK-3特殊的孔道结构和良好的导电性减小了Li₄Ti₅O₁₂的粒径并提高了其电导率.     

Li2MnSiO4/CNTs复合正极材料的合成与电化学性能

采用水热辅助溶胶-凝胶工艺,通过原位复合的方法合成了锂离子电池用Li2MnSiO4/CNTs复合正极材料.分析了复合正极材料的形貌和组成特征,并对每摩尔分别复合5,10,20和30 g碳纳米管(CNTs)及未复合CNTs的样品进行了电化学性能测试.结果显示,所合成的Li2MnSiO4颗粒尺寸分布均匀,粒径在100 nm左右,易团聚.但随着CNTs复合量的增加,团聚现象逐渐改善.合成的Li2MnSiO4材料结晶度良好,属于正交晶系Pmn21空间群.电化学测试结果表明,每摩尔复合20 g CNTs的样品电化学性能最佳,在10 mA/g电流密度下,首周放电容量为150 mA.h/g,循环20周后仍保持在80 mA.h/g;CNTs的原位复合可提高Li2MnSiO4材料的导电性能,并改善其电化学性能.     

Li4Ti5O12/(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。     

三维尖晶石Li4Ti5O12纳米丝网状电极的构置与电化学性能

首次采用电纺丝技术结合高温退火成功地构置了含尖晶石Li₄Ti₅O₁₂的纳米纤维丝三维(3D)网状结构，并测量了三维电池的充放电性能。X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电池循环性能测试等方法表征纤维丝3D结构和电化学性能。研究结果表明了Li₄Ti₅O₁₂纳米丝的零应变特性、构建的3D阵列的结构稳定性和在大电流密度下较好的充放电性能。显示了Li₄Ti₅O₁₂可作为3D电池的电极材料。     

锂离子电池用Li4Ti5O12-碳复合材料的制备与电化学性能

Li₄Ti₅O₁₂-C composite was prepared by sol-gel method using ethyl alcohol as solvent, lithium acetate and tetrabutyl titanate as raw materials, and graphite as carbon source. Li₄Ti₅O₁₂-C composites were characterized by thermogravimertric(TG) analysis and differential thermal analysis(DTA), X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical tests. Results show that Li₄Ti₅O₁₂-C composite with 5% carbon containing can be obtained by annealing the precursor at 600 ℃ for 6 h in N₂ atomsphere. The composites can deliver a specific capacity of 167.1 mAh·g^-1, 99.0% and 105.1% of the capacity can be retained after discharged for 80 times at 0.1C and 2.0C, respectively. Compared with pure Li₄Ti₅O₁₂, Li₄Ti₅O₁₂-C composite shares larger discharge capacity, better cyclability and rate performance.     

Li4Ti5O12-聚苯胺复合材料的合成与表征

以醋酸锂和钛酸四丁酯为原料，以乙醇为溶剂，采用溶胶-凝胶法制备Li₄Ti₅O₁₂;以苯胺、过硫酸铵为原料，以盐酸为溶剂，采用原位聚合法合成Li₄Ti₅O₁₂-聚苯胺复合材料。采用X-射线衍射、红外光谱和电化学测试等对复合材料进行了表征。结果表明，聚苯胺的加入明显提高了Li₄Ti₅O₁₂的电子导电性能，Li₄Ti₅O₁₂-PAn复合材料具有比Li₄Ti₅O₁₂更好的高倍率性能和循环稳定性。0.1C和2.0C放电时Li₄Ti₅O₁₂-PAn的放电容量达到了191.3和148.9 mAh·g^-1，经80次循环后二者平均每次循环容量衰减率分别为0.13%和0.61%。     

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。     

Li4Ti5O12溶胶-凝胶法合成及其机理研究

The precursors of Li₄Ti₅O₁₂ were prepared from tetrabutyl titanate and lithium acetate by sol-gel process. The Li₄Ti₅O₁₂ samples were synthesized by calcining the gel precursors at 400～900 ℃ in air for 6～20 h. Its reaction mechanism was investigated by infrared spectroscopy(IR), thermogravimetry(TG) and X-ray diffraction(XRD). The effects of sinter-temperature, calcination-time and thermal-treatment for the products were discussed. The samples were characterized by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM). The results showed that the single-phase products were obtained by calcining the gel precursors at 800 ℃ in air for 20 h, the sinter-temperature was lower than that of solid-state method, the particles were narrowly distributed, well crystallized with a size range from 0.3μm to 0.5 μm.     

Polyol-mediated synthesis of Li4Ti5O12 nanoparticle and its electrochemical properties

Li₄Ti₅O₁₂ nanoparticles were precipitated from ethylene glycol solution of titanium tetra isopropoxide (Ti(O-iPr)₄) and Li₂O₂ by refluxing at 197 °C for 12 h. The obtained particles were filtered and dried at 100 °C for 12 h, and the dried powder samples were heated at 320, 500 and 800 °C for 3 h. The X-ray diffraction patterns of the obtained samples exhibited a good fit with the spinel phase. The field emission-SEM images of the dried powder sample and the samples heated at 320, 500 and 800 °C for 3 h showed a uniform spherical morphology with a particle size of 5, 8, 10 and 400 nm, respectively. According to the results of electrochemical testing, the dried powder sample and the samples heated at 320, 500, and 800 °C for 3 h showed initial capacities of 200, 310, 320, and 260 mA h/g, respectively, at a current density of 0.05 mA/cm². Nanosized (6–8 nm) particles with good crystallinity were obtained by controlling the synthesis conditions. The sample heated at 500 °C for 3 h exhibited a high capacity and an excellent rate capability over 60 cycles.     

尖晶石Li4Ti5O12中锂离子的化学扩散系数的研究

A relatively simple galvanostatic method was used for the evaluation on the average chemical diffusion coefficient of lithium-ion in spinel Li₄Ti₅O₁₂ prepared by solid-state reaction technique. The diffusion coefficient of lithium-ion was estimated to be 2.8×10^-13 cm²·s^-1 and 1.3×10^-13 cm²·s^-1 for charge and discharge， respectively.     

新型Li4Ti5O12@石墨烯的微波辅助合成及电化学性能研究

将钛酸四丁酯和氧化石墨超声分散于叔丁醇,微波辐射下加入醋酸锂溶液制备尖晶石Li₄Ti₅O₁₂（LTO）前驱体/氧化石墨烯。一方面,微波作用促进了钛酸四丁酯水解,前驱体的形成能在15min内完成。另一方面,叔丁醇的“软模板”限域作用导致形成粒子极小且形貌单一的LTO前驱体。同时,细小的LTO前驱体粒子通过二次团聚将氧化石墨烯纳米片完全包埋。最后,LTO前驱体/氧化石墨烯在800℃下煅烧8h得到尖晶石LTO@石墨烯（LTO@G）。研究表明,LTO@G晶体尺寸在0.2~1.5μm之间,其振实密度达到1.7g·cm^-3。石墨烯位于晶体内部,并显著提高了材料的电子传导性。LTO@G的电导率为1.84×10^-3S·m^-1,远高于纯相LTO（1.1×10^-7S·m^-1）。1C和4C下,LTO@G首次充放电容量分别是170.1和97.5mAh·g^-1。可见,LTO@G具有高倍率性能和振实密度,可广泛应用于各种商品锂离子电池。