论文部分内容阅读
尖晶石型Li4Ti5O12以其优越的循环性能、出众的安全性能、低廉的成本以及良好的环境特性，成为国内外学者们研究的热点，被看作是最具前景的第二代锂离子动力电池负极材料。然而，Li4Ti5O12自身的电子电导率十分低，仅仅只有10-9S/cm，导致其在高倍率充放电情况下的电化学性能较差，制约了Li4Ti5O12材料的商业化进程。本文从稀土离子（Rear Earth）掺杂和金属单质复合两方面着手，试图提高Li4Ti5O12的电导率，进而改善其电化学性能。采用水热合成结合退火处理制备不同浓度稀土离子（RE：Gd3+、Y3+、La3+）掺杂钛酸锂纳米晶，通过X-射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电镜（SEM）、X-射线能谱（EDS）、透射电镜（TEM）、比表面积（BET）等手段对制备的样品进行了表征。结果表明，制备的样品为尖晶石型Li4Ti5O12，并且随着掺杂浓度的提高，Li4Ti5O12纳米晶由不规则的厚纳米片转变为规则超薄纳米片，厚度约为8.5nm。比表面积测试表明，随着掺杂浓度的提高，其比表面积也由32.9m2g-1逐步增大到43.4m2g-1。电化学性能分析表明，随着掺杂浓度的提高，Li4Ti5O12纳米晶的放电比容量也随之升高。以Gd3+掺杂Li4Ti5O12纳米晶为例，当Gd3+的浓度达到10%时，在1C倍率下充放电，钛酸锂超薄纳米片在第100次循环时的放电比容量仍然保持在164.83mAh/g，其放电比容量保持率高达93.7%；特别是在10C倍率下充放电循环100次，容量保持率约为92.18%。研究表明，RE离子掺杂可调节尖晶石钛酸锂材料的形貌、尺寸，改善钛酸锂纳米晶的电化学性能。为了进一步提高材料的电化学性能，以10%Gd3+掺杂Li4Ti5O12超薄纳米片为载体，采用化学沉积法制备了LTO/Ag复合材料。电化学测试表明，LTO/Ag复合材料在1C、5C、10C、20C和30C的倍率下分别具有188.38、174.63、164.59、154.44、148.69mAh/g的放电比容量，当回到1C时，比容量仍保持在184.37mAh/g，而复合之前的钛酸锂超薄纳米片在1C、5C、10C、20C和30C的倍率下分别具196.31、170.35、161.03、147.03、135.33mAh/g的放电比容量，当回到1C时，比容量为179.1275mAh/g。研究结果表明Ag的掺入，增加了材料的导电性，改善了材料的电化学性能。