尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池负极材料,具有一个长且稳定的工作电压平台(1.5-1.6 V vs.Li/Li+),这能有效避免电极表面SEI膜的形成和锂枝晶的产生。另外,尖晶石Li4Ti5O12是一种“零应变”材料,在充放电过程中没有明显的体积变化,使得其具有优异的循环稳定性和长寿命。这两个特性使Li4Ti5O12被认为是最具有前景的下一代锂离子电池负极材料。然而Li4Ti5O12的低导电性(10-13 S/cm)严重限制了其大倍率下的实际应用。为了解决这个缺点,通常采用两种有效的方法,一种是制备特殊形貌的Li4Ti5O12,另一种是合成Li4Ti5O12/C复合材料。本文采用水热法合成了片状Li4Ti5O12,研究了原材料比例(Li:Ti摩尔比)和锻烧温度对其电化学性能的影响。结果表明:当Li:Ti=5.5:5且煅烧温度为700℃时,所制得的Li4Ti5O12样品电化学性能最佳。在0.1 C倍率下,Li4Ti5O12电极的首次放电容量为186.3 mAh/g,经过100次循环后,其放电容量为147.6 mAh/g。在10 C倍率下,经过500次循环后,放电容量保持在102.8 mAh/g。为了提高Li4Ti5O12的电导率,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为碳源,通过水热法合成Li4Ti5O12/C纳米复合材料,在700℃下煅烧6h。研究发现当含碳量为2.88%时,Li4Ti5O12/C纳米复合材料表现优异的电化学性能。在0.5 C倍率下,Li4Ti5O12/C电极的首次放电容量为190.6 mAh/g,经过100次循环后,其放电容量仍高达160.6 mAh/g。甚至在20 C倍率下,首次放电容量为111.2 mAh/g,1000次循环后放电容量保持在106.5 mAh/g,容量保持率高达95.8%,每次循环容量损失仅为0.004%。库伦效率几乎保持在100%左右。为了进一步实现Li4Ti5O12在市场中的应用,采用石墨烯复合粉末(GCP)作为导电添加剂和碳源,通过水热法合成Li4Ti5O12/GCP复合材料,煅烧温度为700℃。研究表明,在0.5 C倍率下,Li4Ti5O12/GCP电极的首次放电容量为171.3 mAh/g,经过100次循环后,其放电容量仍高达150.6 mAh/g。甚至在10 C下,经过1000次循环后,其放电容量仍达到118.9 mAh/g且库伦效率接近100%。