锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的改性研究进展

锂离子充电电池(LIBs)在汽车和移动通信设备领域有着广泛的应用前途,成为最近的研究热点。尖晶石Li4Ti5O12因其在充放电过程中优异的可逆性、结构稳定性、安全性和高锂离子迁移率,已经成为了一种很有前途的高容量锂离子电池负极材料。分别从掺杂改性、表面改性和纳米结构等几个方面综述了Li4Ti5O12的改性研究进展。     

碳包覆二氧化钛制备高倍率Li4 Ti5 O12/C负极材料

通过预先碳包覆二氧化钛方式成功制备了高倍率钛酸锂负极材料(LTO/C)。使用XRD、SEM、TG和TEM技术表征材料的组成、结构和形貌特征。结果表明二氧化钛表面的碳层能有效抑制钛酸锂晶粒的生长和团聚,钛酸锂晶粒尺寸维持在200 nm左右,其中晶粒表面均匀包覆着一层厚度约为10 nm的碳层,碳含量为质量分数4.5%,提高了晶粒表面的电子导电率。通过循环伏安法和交流阻抗谱分析得出晶粒的减小和电子导电率的提高使得LTO/C电极具有更大的锂离子扩散系数和更小的电荷传导阻抗,这能更好地抑制电极在高倍率充放电过程中出现的极化,提高材料的倍率性能和循环稳定性。在0.5C,1C,2C,5C,10C和20C电流密度下,LTO/C电极可逆放电比容量分别为175,170,167,160,151和135 mAh·g~(-1);在20 C高倍率下循环500圈容量保持率为93%,仅9 mAh·g~(-1)容量损失。     

锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展

介绍了锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的优点、晶体结构、嵌锂机理和电化学特性。对Li4Ti5O12的固相法、sol-gel法以及其他各种制备方法进行了讨论。对其一元掺杂、二元掺杂、金属氧化物包覆及有机物碳化后包覆等掺杂改性的研究结果进行了总结和评述。对Li4Ti5O12的发展应用前景进行了展望。     

LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池体系的性能研究

采用高温固相法合成了锂离子电池用正极材料LiNi0.5Mn1.5O4和负极材料Li4Ti5O12。通过XRD和SEM分析,并借恒电流充放电和循环伏安法测试了LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池体系的电化学性能。结果表明:LiNi0.5Mn1.5O4和Li4Ti5O12均为尖晶石结构,LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池具有良好的充放电循环可逆性,以0.5C倍率充放电,首次放电比容量可达124.31mAh·g–1,充放电循环50次后,放电比容量在116mAh·g–1以上,容量保持率为93.32%。     

一种新型的锂离子电池负极材料

在固相合成的Li4Ti5O12中添加SnO2进行改性。用循环伏安、交流阻抗谱、恒流充放电技术研究了SnO2的添加对材料的电化学性能影响。试验显示,材料改性后,当以金属锂为对电极时,首次放电容量达400.02mAh·g–1,首次库仑效率为50%;当以LiCoO2为对电极时,首次放电容量为166.27mAh·g–1,经过15次循环后,容量衰减仅为3.3%。改性后的电极材料不但提高了容量,而且能够保持原有材料的高循环性能,可用作锂离子电池的负极材料。     

碳改性锂离子电池正极材料LiMn2O4的电化学性能

采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料LiMn2O4微粉,并采用热裂解法在其表面进行了碳包覆。通过XRD、SEM、TGA分析和充放电测试研究了包覆后粉体的晶体结构、形貌、包覆量和电化学性能。测试结果表明:合成的碳包覆LiMn2O4材料为单一的尖晶石型结构,碳包覆有效降低了Jahn-Teller畸变和锰在电解液中的溶解,提高了材料的电化学性能。以0.1C倍率充放电时碳包覆LiMn2O4的初始充放电比容量为123.1 mAh/g,循环20次后容量保持率为96%。     

锂离子电池硅基负极材料研究与进展

随着消费类电子产品及新能源汽车的发展,高能量密度的锂离子电池逐步成为了研究热点.当前使用的石墨负极材料的理论比容量为372 mAh/g,亟需研发高容量的负极材料.硅作为负极材料,其比容量为石墨的10倍,且脱锂电位低,被认为是最具潜力的新型负极材料.纯硅负极材料在锂离子电池应用中,由于其巨大的体积膨胀效应会导致材料粉碎,...     

Li4Ti5O12/AC非对称电化学电容器的研究

应用纳米微晶TiO2为原料,通过高温固相反应合成了具有尖晶石结构的锂钛复合氧化物Li4Ti5O12,该材料的首次嵌脱锂效率可达91.9%,10 mA/g电流密度下的可逆嵌锂容量为102 mAh/g。将其制成嵌锂电极后与活性炭电极构成新型的Li4Ti5O12/AC非对称电容体系。测试结果表明:在80 mA/g条件下,其双电极比电容为41.6 F/g,能量密度为采用相同电解液体系的AC/AC双电层电容的4.6倍,充放电效率达95.8%,且大电流性能及循环性能良好。     

ZIF衍生Fe3O4@NC/石墨烯锂离子电池负极材料研究

为了改善Fe₃O₄作为锂离子电池负极材料时循环稳定性差的问题,以铁基沸石咪唑酯框架结构材料(Fe-ZIF)为前驱体,使用多巴胺通过聚合反应与其复合,再与石墨烯通过静电吸附作用组装,经过煅烧碳化,制备了Fe₃O₄@NC/G复合材料。研究结果表明,多巴胺与石墨烯的引入有效提高了Fe₃O₄在充放电过程中的电化学稳定性。在0.1 A·g^-1电流密度下,充放电循环30圈,Fe₃O₄@NC/G的放电比容量为1005.6 mAh·g^-1。当电流密度为2 A·g^-1时,经过300圈循环,其放电比容量仍有838.3 mAh·g^-1。Fe₃O₄@NC/G复合材料优异的电化学性能归因于独特的结构设计,这对其他负极材料的构筑提供了一定的参考价值。     

Bi4Ti3O12掺杂对BST陶瓷性能和结构的影响

研究了Bi4Ti3O12(2%～10%,质量分数)掺杂对(Ba0.71Sr0.29)TiO3(BST)基电容器陶瓷介电常数εr、介质损耗tan δ、容温变化率△C/C等性能及其烧结温度的影响.结果表明,当w(Bi4Ti3O12)=10%时,εr为2 558,tan δ为0.005 0,△C/C=-39.2%,△C/C在25～125℃的范围内比在w(Bi4Ti3O12)=2%时降低了18%,陶瓷的烧结温度降为1 180℃.借助SEM和XRD研究了Bi4Ti3O12掺杂量对样品的显微结构和物相组成的影响,表明Bi4Ti3O12作为烧结助剂包裹晶粒并填充晶粒间形成异相,阻止晶粒生长并细化晶粒.     

纳米碳纤维作锂离子电池负极材料的嵌锂性能

用化学气相沉积法(CVD)制备了纳米碳纤维,并通过2800℃高温处理得到石墨化纳米碳纤维。采用XRD、SEM和TEM对所制的材料进行微结构分析,并考察其作为锂离子电池负极材料的嵌锂性能。结果表明:纳米碳纤维初次嵌锂容量可达到533mA·h/g,25次循环后可逆容量保持在274mA·h/g,循环效率超过99%;经过石墨化处理以后,材料初次可逆容量达到311mA·h/g,首次循环效率从55%提高到78%,25次循环后可逆容量的保持率为99%以上。     

Bi4Ti3O12掺杂对低压ZnO压敏电阻性能的影响

Bi4Ti3O12在低压氧化锌压敏电阻器的烧结过程中起着重要作用。通过使用扫描电子显微镜(SEM)研究了添加Bi4Ti3O12粉体的陶瓷烧结过程。结果表明,使用纳米Bi4Ti3O12粉体的压敏电阻所获得的电压梯度更低,Zn2TiO4相的形态和分布影响压敏电压的分散性。     

烧成工艺对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

采用短时间烧结制备了CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷,并详细研究了预烧温度、烧结温度等工艺对结构和性能的影响。研究了εr和tanδ随测试频率(20Hz～1MHz)、温度(25～150℃)的变化规律。结果表明:CCTO陶瓷的性能对烧成工艺非常敏感。较低的预烧温度较容易获得高εr(εr为11248)的CCTO陶瓷。     

Si基Bi4Ti3O12薄膜电滞回线及铁电性能的研究

采用溶胶-凝胶(Sol—Gel)法直接在p—Si衬底上制备生长Bi4Ti3O12铁电薄膜，研究了Ag／Bi4Ti3O12／p—si异质结电滞回线的特征及Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能。空间电荷层的存在使Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜呈不对称的电滞回线并导致薄膜的极化减弱。退火温度同时影响了薄膜的晶粒尺寸和薄膜中的载流子浓度，而这两种因素对铁电性能的影响是相反的。Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能随退火温度的变化是两种因素共同作用的结果。