钛酸锂/碳纳米管负极材料的制备及其电化学性能的研究

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钛酸锂材料作为商业化的负极材料,有优势同时也存在不足之处。其优势主要在于钛酸锂材料有稳定的充放电平台,因其充放电时结构变化不明显而拥有出色的循环稳定性。但是当作为负极材料使用时,由于电导率低限制了材料的大功率充放电性能。
  本研究工作中,采用在碳纳米管周围合成Ti-乙二醇聚合物,然后在LiOH/H2O中水解该聚合物的方法制备Li4Ti5O12(LTO)包裹的CNTs负极材料。这样合成的材料不但保留了原Li4Ti5O12材料的优越电化学特性,而且它的电子导电性和锂离子扩散性更好。材料具有更大的比容量和更好的倍率性能。本研究设计了一种新的合成LTO-CNTs的方法,在碳纳米管存在下将钛酸异丙酯与二醇类聚合,将得到的聚合物在LiOH/H2O溶液中水解然后热分解得到电极材料。
  (1)当改变最后热分解温度时,发现当煅烧温度为700℃时,可以获得被碳纳米管缠绕的具有稳定结构的钛酸锂负极材料,既具有高电子传导性又具有高锂离子扩散率的材料,该种材料具有稳定的深放电能力(低至0.01V),高比容量(在0.3A/g时为237mAh/g)和长循环寿命(0.1A/g时为254mAh/g,放电超过500次循环),在电流密度分别为0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、2.0和3.0A/g时,分别获得258、224、211、200、193、163和158mAh/g的高比容量。该材料的深度放电能力可提供低于1.0V的平均电压,该电压低于原始Li4Ti5O12的平均电压(1.55 V)。
  (2)当使用不同醇类作为反应物时,均可以生成尖晶石型的钛酸锂,发现乙二醇作为反应物时,生成材料的晶型更加完整。
  (3)在分散CNTs时,采用不同的分散剂,发现分散剂不仅影响分散效果,而且对LTO/CNTs的性能有很大的影响。当用乙醇作为分散剂时,不仅生成较为理想的尖晶石型钛酸锂,并且电化学性能表现更加良好。
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