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水溶液电池以其高安全性、高离子导电性、容易制备及成本低廉环境友好等广泛引起了人们的注意。但就水系锂离子电池的电极材料而言必须是在水中具有一定稳定性的嵌锂材料。对于负极材料而言具有NASICON结构的LiTi2(PO4)3锂离子电池负极材料本身具高的离子电导率,稳定的电化学性质,对标准氢电极为-0.5V,刚好在中性环境下水的电化学稳定窗口范围内(1.5V—-0.5V),完全符合水系锂离子电池的负极活性物质要求。 本文主要是用高温固相法制备水系锂离子电池负极材料LiTi2(PO4)3,并添加一定量的葡萄糖制备碳包覆的LiTi2(PO4)3/C复合材料。用XRD、激光粒径分布测试(LPSD)、差热-热重分析(DTA-TGA)等表征手段对材料进行微观结构分析;并采用恒流充放电、循环伏安(CV)等技术测试其电化学性能。 本文选取不同温度,不同保温时间制备出 LiTi2(PO4)3,最后再添加一定量的葡萄糖进行碳包覆。最佳的烧结条件是350℃保温2h,950℃下保温12h制备LiTi2(PO4)3,再加入20%的葡萄糖在650℃下制备LiTi2(PO4)3/C复合材料。在有机体系中,分别以0.3C、0.6C、1.2C、2.5C、5C、8C、10C的电流密度对LiTi2(PO4)3/C进行恒电流充放电测试,以0.3C充放电时首次充放电容量为142.7mAh/g,50周循环容量保持率为97%,当以5C充放电时,50周循环容量保持率为90.17%。以不同的葡萄糖含量合成LiTi2(PO4)3/C复合材料,通过0.3C的恒电流充放电测试得出最佳的参葡萄糖比例为20%,实际测得的含碳量为3.83%,此时的粒径大小为14.29um。最后选择LiTi2(PO4)3/C丨Li2SO4,(2mol/L)丨LiFePO4/C,LiTi2(PO4)3/C丨Li2SO4,(2mol/L,PH=6)丨LiCoO2这两种体系在水溶液中测试LiTi2(PO4)3/C电化学性能。分别以0.5C、1C、2C、5C进行充放电测试,结果显示LiTi2(PO4)3/C在水系电解液中具有较好的电化学性能。 以同样的方法制备出水系钠离子电池负极材料 NaTi2(PO4)3/C,组装NaCoO2丨(Na2SO4,2mol/L)|NaTi2(PO4)3/C电池体系,在不同电流密度对电池进行充放电测试时,100周循环之后容量保持率仍大于80%。 无论是锂离子水溶液电池还是钠离子水溶液电池,负极材料 LiTi2(PO4)3/C/NaTi2(PO4)3/C都具有相当好的电化学性能。但总体而言水系电池的循环性能相对有机体系较差,容量的衰减还是十分的明显。