锂离子电池负极材料Li4Ti5O12合成与改性的研究进展

钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种“零应变”材料,在充放电过程中不会形成锂枝晶,消除了过充电对电池的安全隐患。本文系统的介绍了钛酸锂的制备方法和结构改性。在钛酸锂的合成方面固相法相对较为简单,生产效率高,较为适合工业中大批量生产,溶胶凝胶法则较为复杂,但得到的钛酸锂材料相对来说纯度、结晶度也比较高。在钛酸锂材料改性方面,纳米化、球化、多孔化都是以增大材料表面积提高材料的比容量;金属及离子掺杂改性主要是为了提高材料的导电性,其中不同的金属离子对材料的比容量有不同的影响。材料的表面复合改性是一种综合改性手段,是在提高材料比容量的同时提高材料导电性的一种改性手段。     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

锂离子电池作为一种动力能源, 在电动汽车和各种储能系统中有着良好的应用前景。尖晶石结构的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)负极材料具有较高的脱嵌锂电位平台、优异的循环稳定性、以及突出的安全性能, 被认为是一种非常有潜力的锂离子电池负极材料, 在锂离子动力电池中具有巨大的发展潜力。然而, 尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂存在着本征导电率低, 理论容量小等缺陷, 极大地限制了其规模化应用, 需要进一步改善和提高。本文总结了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂材料在结构形貌、制备方法和性能方面的研究进展, 深入分析和讨论了离子掺杂、碳表面改性和纳米化等改性方法对尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂综合电化学性能的改善效果, 并展望了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料未来的发展方向。     

纳米级Li4Ti5O12负极材料的制备及其输运特性

以酞酸丁酯和乙酸锂为前驱体,通过溶胶凝胶法成功制备了纳米钛酸锂Li_4Ti_5O₁₂(LTO)负极材料。采用X射线衍射分析、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分别对材料的物相与形貌进行了表征分析,并研究了煅烧条件和包覆改性对LTO输运特性的影响。研究表明,煅烧温度为800℃,时间为10 h条件下制备的样品的输运特性最佳,离子电导率为8.8×10^-8 S/cm,电子电导率为8.53×10^-10 S/cm。均匀的碳包覆层可以有效地改善样品的输运特性,LTO/C复合活性材料的离子与电子电导率分别达到4.35×10^-7 S/cm和9.63×10^-8 S/cm。电化学性能测试表明,碳包覆后的活性材料在0.1 C倍率下首次放电容量可达172.4 mAh/g;在5 C高倍率下循环充放电50次后,容量保持率可达94.4%,表现出较好的电化学性能。     

锂离子电池负极材料球形钛酸锂的合成及性能

以3.98mol/L的四氯化钛为前驱体溶液,采用内凝胶法制备了具有尖晶石结构的球形钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末。通过XRD、SEM及电化学性能测试等分析手段表明,合成的Li4Ti5O12材料均为纳米一次粒子(晶粒)组成的球形二次粒子(颗粒),且具有较大的比表面积。以这种流动性好、粒径分布均匀、结晶度好的球形钛酸锂为正极材料和Li片为负极材料组成的锂离子电池具有平稳的充放电电压平台和优异的循环性能。在1.0~2.5V充放电,其首次放电容量为173.8mAh/g,经30次充放电循环后,其放电比容量仍有170.2mAh/g。     

软化学法合成锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的研究进展

Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料,在Li嵌入和脱出的过程中,其晶型不发生改变,被公认为"零应变"材料,具有优良的循环性能和使用寿命.详细地评迷了蒸发溶剂法、Sol-gel法及水热法等软化学法合成Li4Ti5O12的制备工艺及研究现状,并比较了它们的优缺点,探讨了Li4Ti5O12的未来发展方向.     

非晶碳纳米管新型锂离子电池负极材料

研究了非晶碳纳米管作为锂离子电池负极材料的电化学行为以及氧化处理对其嵌锂容量的影响. 结果表明:在20mAh·g-1的充放电条件下,原始非晶碳纳米管首次可逆容量为305mAh·g-1;在300-450℃氧化处理后,非晶碳纳米管中的氧和氢氧根中和了管壁中的大量不饱和键,非晶碳纳米管中死锂的位置减少,纯度提高,嵌锂可逆容量增加.在300℃氧化处理的非晶碳纳米管首次可逆容量最高可达533mAh·g-1,并有良好的循环寿命.     

锂离子电池负极材料钼掺杂钛酸锂的制备及电化学表征

采用固相合成法制备了钽掺杂材料Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂. 通过XRD和SEM来表征Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂的结构和形貌. 结果表明: 钼掺杂并没有改变本体材料的结构和形貌, 而且显著提高了材料的循环性能和倍率性能. Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂在10C和30C倍率的放电容量分别为117.03和94.24mAh/g.Mo掺杂取代了Li₄Ti₅O₁₂中的Ti位置, 产生了Ti⁴⁺/Ti³⁺混合价态, 从而提高了钛酸锂的电导率. 所以Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂是一种高倍率性能优异的锂离子电池负极材料.     

聚丙烯酸法合成锂离子电池正极材料LixMn2O4

以聚丙烯酸为载体通过溶胶凝胶法合成纳米级尖晶石结构的锂离子电池正极材料LixMn2O4(1＜x＜1.12).讨论锂锰摩尔比、烧结温度对产物结构的影响.此外,改进了传统烧结方法,对烧结产物进行回火处理.实验结果表明,烧结温度为550℃时晶化完全,结构完整;当锂锰比为1.082时性能较佳,初始容量为125mAh/g;回火可改善LixMn2O4材料的性能.     

锂离子电池NbSnSb负极材料的制备和性能

通过球磨的方法制备了锂离子电池铌锡锑三元合金负极材料。用XRD、TEM和电化学测试对材料进行了表征,用非原位XRD测试研究了材料的反应机理。所制备的铌锡锑三元合金材料颗粒粒径大小分布在2～5μm之间。在充放电电压为1.5V到0V范围内,初始可逆充电容量为568mAh/g,经过20周的循环后,充电容量保持为初始容量的59.2%。由于铌锡锑材料中非活性物质Nb的作用,在相同条件下,与锡锑二元合金负极材料相比,其贮锂容量和循环性能都有明显的提高。     

锂离子电池炭负极材料结构的研究进展

综述了近年来锂离子电池碳负极材料结构的研究情况,着重总结了石墨材料、炭材料以及纳米碳材料结构方面的研究进展.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的合成及电化学性能

采用高温固相反应法制备尖晶石相Li4Ti5O12负极材料.初步研究了反应温度和反应时间对Li4Ti5O12电化学性能的影响.XRD衍射未观测到TiO2残余存在;电化学测试显示,1.2～2.5V恒流充放电,其可逆容量达158.3mAh/g,首次库仑效率为95.2%;循环20周其容量衰减率仅为3.1%.     

锂离子电池正极材料LiMnBO3的研究现状

简要概括了硼酸盐类正极材料LiMBO3的国内外研究现状。对LiMnBO3的结构、性能、改性及合成方法以及LiMnBO3在上述各方面存在的不足进行了归纳总结。     

锂离子电池碳纳米管负极材料储锂性能研究

将碳纳米管用于锂离子电池负极材料,用循环伏安及充放电实验研究了电极的性能.结果表明,碳纳米管用作锂离子电池负极,具有较高的储锂容量,首次放电容量达560mAh/g,但首次不可逆容量损失也大,高达430mAh/g.经过第1次充放电的容量损失后,随后各次的容量损失很小,碳纳米管的循环性能趋于稳定.     

Li4Ti5O12-聚苯胺复合材料的制备与电化学性能

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，Li4rri5O12-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148．9mAh．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％。     

Effects of Ag doping and coating on the performance of lithium ion battery material Li4Ti5O12

Series of anode materials (Ag modified Li4TiO512) were acquired through two types of solid state calcination (doping and coating). The samples were characterized by XRD and their grain sizes were examined by laser particle-size analyzer and the morphology of them were obtained by SEM. At 0.5 C discharging rate, the first specific discharge capacities of Ag doped Li4Ti5O12 (the amounts of dopants were 0.1, 0.25, 0.5 and 1 wt% of the weight of Li4Ti5O12) were found to be 136.8, 135.5, 140.4 and 155.6 mAh/g respectively. However, the corresponding values of coated samples (the amounts of coating were of the weight of Li4Ti5O12) were respectively at the same condition. Obviously, the Ag coated samples possessed the higher capacities. The first specific discharge capacities of the Ag coated samples (the amounts of coating were 3.0, 5.0, 8.0 and 10 wt% of the weight of Li4Ti5O12) were 170.74, 175.31, 191.61 and 192.06 mAh/g.     

沥青基软碳材料对硅负极锂离子电池性能的影响沥青基软碳材料对硅负极锂离子电池性能的影响

以沥青为软碳原料（质量分数为10%、20%、30%、50%）,通过高温热解法成功合成了不同软碳含量的碳/硅（C/Si）复合材料。实验结果表明,软碳材料的引入能有效抑制Si基材料的体积效应和提高其电子电导率,从而在极大的改善负极材料循环性能的同时,还提高了其比容量。其次,通过系统研究不同C含量的C/Si复合材料性能,发现最佳的沥青加入量为20%。该条件所合成样品具有高达2356.7 mAhg-1的首次充电比容量和86.6%的库伦效率。经过50次循环后依然有726.4 mAhg-1的充电比容量,远高于工业化石墨负极材料,应用前景广阔。本研究还详细研究和讨论了软碳材料的形成机制以及不同软碳含量对材料形貌的影响。      

Ultralong-life and high-rate web-like Li4Ti5O12 anode for high-performance flexible lithium-ion batteries

Flexible lithium ion batteries （LIBs） have recently attracted increasing attention as they show unique promising advantages, such as flexibility, shape diversity, and light weight. Similar to conventional LIBs, flexible LIBs with long cycle life and high-rate performance are very important for applications of high performance flexible electronics. Herein, we report a three-dimensional （3D） web-like binderfree Li4Ti5O12 （LTO） anode assembled from numerous 1D nanowires exhibiting excellent cycling performance with high capacities of 153 and 115 mA·h·g^-1 after 5,000 cycles at 2 C and 20 C, respectively, and excellent rate property with a capacity of 103 mA·h·g^-1 even at a very high current rate of 80 C. Surprisingly, a flexible full battery assembled from the web-like LTO nanostructure and LiMn2O4 （LMO） nanorods exhibited a high capacity of 125 mA·h·g^-1 at high current rate of 20 C, and showed excellent flexibility with little performance degradation even in seriously bent states.     

石墨烯/富锂三元正极复合材料的制备及电化学性能研究

通过水热法制备了石墨烯包覆量不同的石墨烯/富锂三元正极复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学交流阻抗等对包覆后富锂三元正极复合材料的物相结构、形貌及电化学性能进行了研究。结果表明:石墨烯包覆量为2%(质量分数)时,包覆效果较好,石墨烯/富锂三元正极复合材料首次库仑效率为89.6%,比富锂三元正极材料提高了17.16%,放电比容量为226.41mAh/g,比原材料提高了21.38mAh/g;以0.5C循环100次后石墨烯/富锂三元正极复合材料放电比容量可保持在154mAh/g,容量保持率为88%,比富锂三元正极材料提高了5.3%;石墨烯/富锂三元正极复合材料阻抗为75Ω,比富锂三元正极材料阻抗低50Ω。