水体系自组装法制备钛酸锂纳米负极材料研究

发布时间：2020-12-21 00:40

　　以偏钛酸粉末作为钛源,制备钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)纳米材料,Li₄Ti₅O₁₂由含锂过氧化钛配合物分解自组装后经煅烧结晶而得。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附和恒流充放电测试对材料结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明:水体系下,锂钛摩尔比为4∶5、于600℃煅烧5h得到的Li₄Ti₅O₁₂纳米球颗粒粒径在500nm左右,且具有丰富的孔隙,比表面积达到22.947m2/g;在电流密度4000mA/g条件下,比容量为157mAh/g,电流密度500mA/g下循环400次放电容量保持率为95.2%。表明水体系自组装形成的Li₄Ti₅O₁₂纳米负极材料可以缩短锂离子迁移距离,其多孔性可以增大电解液与电极活性材料的接触面积,使离子电子传输速率同时得到提高,从而获得优异的电化学性能。 

【文章来源】：化工新型材料. 2020年03期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

前驱体LT45及合成条件不同的样品的XRD谱图

图3为放大倍率不同的LT4505样品的SEM图。由图可以看出，水体系作为溶剂，锂钛摩尔比为4∶5于600℃煅烧5h生成的Li4Ti5O12基本都为近球形，粒径约500nm。在水体系中，偏钛酸在过氧化氢作用下溶解在含锂碱溶液中，过氧化氢和Ti 4+发生络合反应，形成含锂过氧化钛配合物溶液，配合结构为[Ti(O2)2(OH)2]2-或[TiO(O2)(OH)2]2-[18-19]。微加热水浴处理时，过氧化钛配合物会发生分解，生成许多八面体结构的TiO6单体或者2个单体共边连接，在溶液饱和点以这两者为基础单位发生瞬间成核生长，在后续快速低压沸腾浓缩过程中迅速嵌锂并在煅烧中结晶生成Li4Ti5O12材料。2.4 电化学性能分析

图4(c）为水体系LT4505和乙醇体系LT4505-OH样品的倍率性能。由图可以看出：在电流密度50mA/g下，LT4505-OH的首次放电比容量为290mAh/g，略大于LT4505的首次放电比容量272mAh/g，但随着电流密度的增加，LT4505-OH的比容量急剧下降，在电流密度为100mA/g、500mA/g、1000mA/g、2000mA/g、3000mA/g和4000mA/g条件下，其平均比容量分别为214mAh/g、176mAh/g、132mAh/g、62mAh/g、22mAh/g和10mAh/g；当电流密度再次减小到100mA/g时，LT4505-OH的平均比容量回归至193mAh/g，容量保持率为90.2%，小于LT4505的容量保持率99.6%，说明在高电流密度下LT4505-OH的电化学性能和机械完整性比水体系LT4505差。主要原因可能是LT4505-OH颗粒较大且不含孔结构，比表面积小，因此在高倍充放电过程中只有少量的锂在电极材料表面进行脱嵌，导致比容量急剧下降。图4(d）为水体系LT4505和乙醇体系LT4505-OH样品的循环性能。由图看出：循环过程中LT4505和LT4505-OH首先在电流密度100mA/g下充放电4次以活化电极，然后在电流密度500mA/g下循环。充放电循环400次时，LT4505的放电比容量保持在216mAh/g，为初始值（227mAh/g）的95.2%；而充放电循环200次时，LT4505-OH的放电容量降至61mAh/g，为初始值（179mAh/g）的34.1%，循环过程中样品比容量大幅度下降。LT4505的首次充放电库伦效率为96%，在后续循环中逐渐达到100%，证明LT4505作为电极材料具有良好的充放电可逆性。


本文编号：2928861