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目前锂离子电池采用的石墨负极材料不可逆容量损失较大,而且存在严重的安全隐患。尖晶石钛酸锂负极材料作为一类具有优异安全性能的材料,且大多具有“零应变”特性,使其受到了普遍关注。然而,材料制备面临成本和电化学性能特别是高倍率下的电化学性能难以协调等问题,限制了其应用领域和范围。本文旨在采用工业上常用的高温固相法,以制备出廉价的高性能材料,为扩大钛酸锂负极材料的应用提供技术参考。 首先,针对 Li4Ti5O12材料大倍率性能差的缺陷,设计了高温碳热还原法制备改性Li4Ti5O12产物,通过对合成工艺的优化,主要研究了改性Li4Ti5O12材料的电化学性能,并与未改性 Li4Ti5O12材料进行对比。结果表明,碳热还原改性使目标产物中引入Ti3+离子,一方面能明显提高材料电子电导率,降低电荷转移电阻;另一方面还能增加材料单相脱嵌锂区域,提高锂离子扩散扩散系数,明显提高改性材料的电化学性能。 其次,针对LiTi2O4纯相产物难以制备,且易被空气氧化等问题,提出采用固相原位碳热还原法制备纯相LiTi2O4材料,重点研究了降温速率、烧结时间、烧结温度、物料配比等因素对目标产物物相纯度的影响。研究显示,快速降温工艺能消除合成蓝色LiTi2O4产物中的Li2Ti3O7物相和少量未知杂质相。此外,合成LiTi2O4产物的烧结时间、烧结温度、物料配比等反应条件均存在一个临界值,当反应所选条件超过其值后对提高目标产物合成纯度意义不大。 最后,尖晶石LiCrTiO4作为LiTi2O4的拟似物,具有高的电子电导率和锂离子扩散系数,却鲜有对其进行倍率性能研究或改性研究的报道。据此,采用高温固相法一步反应制备了无碳包覆和碳包覆 LiCrTiO4产物,研究了两种材料的倍率性能、循环性能,并比较了它们的充放电极化,锂离子扩散能力、电子导电率和相转移动力学。结果表明,碳包覆在宏观上能提高电极材料电子电导率;反之,在微观上能提供更多的电活性接触位,促进两相转变。此外,可采取两种措施显著提高 LiCrTiO4材料的倍率性能,一是缩短两相界面扩散迁移的距离;二是克服两相反应终产物电子电导率的差异。