新型Li2TiO3-碳负极材料的研究

• 作 者: 刘佑林
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 偏钛酸锂 石油焦 锂离子电池 负极材料

单斜晶系的偏钛酸锂（Li₂TiO₃）具有稳定的晶体结构以及三维的锂离子扩散通道,但是它几乎是电子绝缘体。本研究工作主要将Li₂TiO₃与碳材料结合,利用碳材料优良的导电性质制备出同时具有优良导电子和导锂离子能力的新型锂离子电池负极材料。本研究工作主要通过简单的高温固相反应制备了Li₂TiO₃-carbon（LTOC）负极材料。首先,在碳源为石油焦的前提下,主要探索了温度及石油焦含量对负极材料电化学性能的影响。研究表明,当烧结温度为850℃时,材料中Li₂TiO₃晶体生长较为完整,具有良好的电化学性能。LTOC（在850℃制备的LTOC材料）样品具有较优的实际容量,在0.1 A/g的电流密度下的容量为231 mAh/g。LTOC有良好的循环寿命性能,在0.3 A/g的大电流密度下充放电500次后仍具有200 mAh/g的比容量,容量保留率为95%。在最佳温度的基础上,通过改变石油焦含量探讨电极材料的电化学性能。结果表明,LTOC-3（石油焦含量为73.5wt%）是电化学综合性能最优的产品,在0.1 A/g的电流密度下,它的稳定放电容量为279 mAh/g,首次效率为62%。LTOC-3材料在0.3 A/g的大电流密度下的初始容量为264 mAh/g,循环1000次后电池容量仍有245 mAh/g,容量保留率达到了93%。通过循环伏安曲线计算得到LTOC-3用于氧化和还原过程的锂离子扩散系数分别为1.618×10^-8cm²/s和2.083×10^-9 cm²/s。其次,进一步探究了不同碳源对Li₂TiO₃复合材料的影响。结果显示,LTO-FSN（FSN是一种商品碳材料）样品具有最高的首次放电效率65%,具有较好的倍率性能。LTO-FSN样品材料具有优异的循环寿命性能,在0.3 A/g大电流密度下的初始容量为297 mAh/g,循环1000次后仍保留有292 mAh/g的容量,仅损失了5 mAh/g,容量保留率为98%。总之,LTOC负极材料是一种理想的、具有希望的锂离子电池负极材料。