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锂离子电池因其具有较大的比能量,较小的自放电,以及重量轻巧和对环境友好等特点而成为人们日常生活、生产中各领域电子仪器设备的电源首选。与此同时,随着近些年新能源汽车的崛起也使其成为动力输出的理想来源。目前,在众多的负极材料中钛酸锂(Li4Ti5O12)可以说是研究者们重点研究的一种。针对Li4Ti5O12的低电子电导率和低离子电导率及大电流充放电容量衰减迅速和倍率性能差等缺点,研究者们进行了一系列的改性尝试,最常用的改性方法是纳米化、引入导电碳、金属元素掺杂、阴离子掺杂以及复合改性等。本文以钛酸正丁酯(TBT)和单水氢氧化锂(LiOH·H2O)为钛源和锂源,表面活性剂选用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),利用水热法合成了原位生长的高R-TiO2含量的R-TiO2/Li4Ti5O12复合材料;选取葡萄糖和聚氨酯为双碳源,以喷雾干燥-固相烧结为合成方法得到了具有三维导电网络的超高循环性能和高稳定性的Li4Ti5O12/C-C微米球。利用水热法合成了高 R-TiO2 含量(17.06、23.69 和 34.42 wt%)的 R-TiO2/Li4Ti5O12复合材料。X射线衍射(XRD)结果表明,除了主晶相Li4Ti5O12和第二相R-TiO2外,没有发现其它杂相。扫描电子显微镜(SEM)显示,三个样品的形貌没有明显的差异,都是由长300-400nm,直径40-50nm的纳米棒,大小300nm左右的纳米片和100 nm左右的纳米颗粒组成。通过测试三个样品对应电极的电化学阻抗发现,通过调节R-TiO2含量,发现其电荷转移阻抗(Rct)与R-TiO2含量的关系以及锂离子扩散系数(DLi)与R-Ti02含量的变化趋势相一致,都是随着R-TiO2含量的升高而减小;与此同时R-TiO2含量升高所引起的Rct和DLi的变化对Li4Ti5O12的倍率和循环性能有协同-拮抗作用。倍率性能与D)Li呈正相关,而循环性能与Rct呈负相关,这说明倍率性能主要与DLi有关,而Rct对循环性能的影响更为显著。实验结果表明,样品LTO-RT-17.06%具有最优的倍率性能,尤其是在快速充放电条件下(5.0 C,132.5 mAh/g)优势极其明显;而样品LTO-RT-34.42%则表现出了最优越的长程循环性能(500循环过程中单个循环的平均容量损失仅为0.012%)。采用喷雾干燥-固相烧结法,以葡萄糖和聚氨酯为碳源,制备了钛酸锂微米球(P-Li4Ti5O12、Li4Ti5O12/C、Li4Ti5O12/C-C 及Li4Ti5O12/C-3)。XRD 结果表明,样品除了钛酸锂晶相外不含其它物相;SEM展示的样品为外观形貌为30μm左右的规则球形,而组成这些微米球的为大小200-300 nm的一次颗粒。与P-Li4Ti5O12(纯相)和Li4Ti5O12/C(使用葡萄糖作为单一碳源)相比,Li4Ti5O12/C-C(双碳源)表现出更高的倍率性能以及更加突出的循环性能。Li4Ti5O12/C-C的初始放电比容量在5.0 C时可达到152.6 mAh/g,比Li4Ti5O12(124.7 mAh/g)和 Li4Ti5O12/C(141 mAh/g)的放电容量高得多。Li4Ti5O12/C-C在循环400周后仍然可以提供152.1 mAh/g的可逆容量(容量保持率的99.7%),该容量远高于 Li4Ti5O12(118.5 mAh/g,95.1%)和 Li4Ti5O12/C(140 mAh/g,99.3%)的容量。更加重要的是,在经过2000循环后,Li4Ti5O12/C-C的放电比容量仍然可达131 mAh/g,库仑效率仍接近100%,表明晶体结构的完整性仍然存在。这些优良的电化学性能归因于不同的碳含量和双碳源包覆层所增加的电子电导率、锂离子扩散系数,以及极化的有效降低。