锂离子电池,具有能量密度高、循环稳定性好、无记忆效应、环境友好等优点,目前广泛的应用在便携式设备的小型移动电源中,随着混合动力车、电动汽车、空间技术以及储能技术等的迅猛发展,未来锂离子电池必将广泛的应用于高比能的动力型领域,其安全性和使用寿命成为人们越来越关注的焦点,尖晶石型Li4Ti5O12 由于其具有高安全性和长的使用寿命的优点,成为下一代锂离子电池负极材料的研究热点,然而,Li4Ti5O12 作为锂离子电池负极材料其本身较低的电导率导致的电化学性能不佳限制了其广泛应用。 为了提高Li4Ti5O12材料的容量,本文详细研究了高温固相法制备Li4Ti5O12的工艺,通过探索最佳工艺路线,寻求制备粒径均匀、分散性好的 Li4Ti5O12,通过实验证明,以 Li2CO3和锐钛矿型 TiO2为原料,高能球磨时间为 10h,烧结温度为800oC,保温时间16h得到的Li4Ti5O12材料性能最佳。 采用水热法制备了由纳米片层组装成的花状 Li4Ti5O12微球,实验结果表明:以LiOH.H2O和C16H36O4Ti为原料,在锂钛摩尔比nLi:nTi=0.84的原料配比下经过水热和热处理能得到纯相的 Li4Ti5O12,微观形貌显示产物是由纳米片层组成的直径1-2μm花状Li4Ti5O12微球,电化学性能结果表明,该材料在0.1C倍率下放电容量达到 167mAh/g,接近其理论容量 175mAh/g;在 1C、2C 倍率下比容量达到141mAh/g、128mAh/g,分别为0.1C倍率比容量的85%和77%。在同一倍率10次循环下材料的容量基本不会衰减,显示出良好的循环性能和倍率性能。 为了提高 Li4Ti5O12材料的电化学反应活性,系统考察了碳黑(0维)、碳纳米管(1维)、石墨烯(2维)3种不同导电剂对材料性能的影响,微观形貌显示发现碳黑以点的形式与Li4Ti5O12颗粒结合,大部分堆积在Li4Ti5O12颗粒的间隙里,并未完全覆盖活性材料;碳纳米管在电极内部交织成网状结构,存在于活性颗粒间隙和覆盖在活性颗粒上;石墨烯由于其二维平面结构,使其更好的与 Li4Ti5O12颗粒的接触,空穴较少,电化学性能测试表明以石墨烯为导电剂的复合材料显示了更优异的电化学性能,在0.1C倍率下首次放电容量为160mAh/g经过10次循环后容量在151mAh/g,1C倍率以石墨烯作为导电剂的Li4Ti5O12容量相对于碳黑和碳纳米管导电剂容量分别提高了17mAh/g和8mAh/g。