钛酸锂作为锂离子电池负极材料的改性进展_袁华.pdf

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1、第36卷第8期武汉工程大学学报Vol.36No.82014年8月J.WuhanInst.Tech.Aug．2014文章编号:1674-2869(2014)08-0020-07钛酸锂作为锂离子电池负极材料的改性进展112袁华，何云蔚，艾常春1．武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北武汉430074;2．武汉工程大学化工与制药学院，湖北武汉430074摘要:钛酸锂因零应变特性已成为性能优异的锂离子电池负极材料，但导电性差和锂离子扩散率低等问题限制了其广泛应用．在介绍钛酸锂主要制备方法的基础上综述了国内外对于该材料作为锂离子电池负极材料的改性方法，包括体相内的金属离子掺杂、碳包

2、覆和氮化处理等表面改性手段以及材料粒子的大小和形貌控制等．除了体相内锂位的掺杂对材料性能提升不明显外，导电层包覆和颗粒纳米化对材料性能都有较大的提高，因此对于钛酸锂体相内氧位或锂位的掺杂是比较有价值的研究方向．要同时提高材料的离子导电率和电子导电率必须从多个方面综合考虑和设计．关键词:钛酸理;锂离子电池;改性中图分类号:TM912．9文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1674-2869.2014.08.004及倍率性能都比碳负极材料要好，能用于大电流0引言快速充放电．制作钛酸锂的材料来源广泛，资源丰锂离子电池由于具有安全、使用寿命高、便捷富，且对环境友

3、好．钛酸锂的诸多特点，使得钛酸可携带的特点使其作为一种便携式新兴能源在众锂成为一种极富前景的负极材料．多电子产品领域得到了广泛的应用．在锂离子电1结构与脱嵌锂机理池中，电极材料、电解质、隔膜以及其他辅助材料的研究一直是国内外新能源领域和材料学领域的钛酸锂是一种复合氧化物，由过渡金属钛和研究热点，材料科学、电化学及制造环节的突破将低电位金属锂组成，属于AB2X4系，是固溶体实现锂离子电池的更广泛应用．在已商品化锂离Li1+xTi2-xO4(0≤x≤1/3)体系中的一员，其晶体结构为尖晶石型，空间点阵群为Fd3m，晶胞参数a子电池中，碳材料由于具有低倍率性能好和循环为0．8

4、36nm，具有锂离子三维扩散通道．Li4Ti5O12性能好的特点，是最早使用也是应用最多的负极2-+晶胞中，O位于32e位，占总数3/4的Li位于8a材料，但碳材料的理论容量低(372mAh/g)，由于+4+的四面体间隙中，剩余的1/4的Li和所有的Ti低电压下易形成枝晶造成电池内部短路，从而使［6-7］［1-3］位于八面体的间隙中，其结构式可写为［Li］8a其大电流充放电的安全性变差，因此碳材料难［Li1/3Ti5/3］16d［O4］32e．以应用于动力电池等更大功率电器领域．金属氧嵌入Li时，嵌入的Li和8a位的Li移到16c化物作锂离子负极材料虽然充放电电压略有提

5、位，形成蓝色的［Li2］16c［Li1/3Ti5/3］16d［O4］32e，嵌锂高，具有可逆容量高的特点，但由于充放电机理的的反应可写为:复杂使得不可逆容量损失大，体积变化率较大，因［Li］8a［Li1/3Ti5/3］16d［O4］32e+Li++e=此循环性能较差，很难实现商品化应用．氮化物作［Li2］16c［Li1/3Ti5/3］16d［O4］32e为锂离子负极材料，具有可逆容量高，循环性能好Li4Ti5O12的理论容量为172mAh/g，实际容量的特点，但是制备工艺复杂，生产成本高［4-5］，不利［8-10］在150～160mAh/g，Li4Ti5O12相对金属锂

6、的电于大量的生产利用．具有尖晶石结构的钛酸锂作位为1．55V．为负极材料，不仅提高了充放电电压，而且在嵌脱2制备方法锂过程中形成的两种物相晶格参数相近，体积效应小，被称作零应变材料，故其安全性、循环性能钛酸锂的制备方法有很多，经典方法有高温收稿日期:2014-06-27基金项目:湖北省自然科学基金(2010CDB1106)作者简介:袁华(1965-)，男，湖北蕲春人，教授，硕士，硕士研究生导师．研究方向:有机合成化学，天然产物化学．第8期袁华，等:钛酸锂作为锂离子电池负极材料的改性进展21固相法、水热法、溶胶-凝胶法，新的制备手段有静异的电化学性能，但这些方法对设备要求

7、高，而且［11］电纺丝技术，流变相反应制备法等．产品批次不稳定，因此大规模工业化还存在一定［12］Han等以Li2CO3和TiO2为原料，通过0．困难．高温固相法得到的材料形貌不如水热法和30mm的ZrO2高能球磨混合制得Li4Ti5O12．Chao溶胶凝胶法规整，电化学性能还有待进一步提高．［13］Lai等以TiOSO4·xH2O作为钛源，以LiOH·静电纺丝技术能够得到空间结构较好的材料且性H2O作为锂源，使用球磨混合4h，然后在高温炉能优异，有待开发其产业化应用技术．中500℃煅烧2．5h制得多孔Li4Ti5O12，在高电3钛酸锂的