N掺杂C包覆Li4Ti5O12锂离子电池负极材料的制备与性能.pdfVIP

V01．36 高等学校化学学报 No．5 2015年5月 CHEMICALOFCHINESEUNIVERSmES JOURNAL 981—988 N掺杂C包覆Li4TisOl2锂离子电池 负极材料的制备与性能 史楠楠，姜 雪，张 莹，程魁，叶克，王贵领，曹殿学 (哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，哈尔滨150001) 摘要以TiO：和Li：CO，分别作为钛源和锂源，聚苯胺(PANI)作为碳源和氮源，通过球磨辅助高温固相法合 描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等对材料的结构和形貌进行了表征，并将合成材料制成电极 片组装成扣式电池，测试其电化学性能．结果显示，钛源的处理对样品的性能有影响，通过对’ri02预包覆合 成的N掺杂c包覆Li。Ti，O。：具有优异的电化学性能，在碳、氮源的包覆比例(PANI与u。Ti，O。：的质量比)为 5％时效果最佳：1C放电时其比容量为157．6 C放电时其比容量仍可达到119．6 mA·h／g，20 mA·h／g；在 10c充放电循环100次后，其比容量保持率为97．8％，表明N掺杂c包覆Li。Ti，O。：具有优异的倍率性能和 循环稳定性． 关键词N掺杂；C包覆；聚苯胺；钛酸锂；负极材料 中图分类号0646 文献标志码A 随着传统能源的消耗殆尽及环境问题的日益严重，寻找新型高性能的清洁能源已成为全球性趋 势¨。1．近年来，锂离子电池因具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、无记忆效应及对环境友好等 优点而受到广泛关注M’7|．碳材料具有容量高、成本低等优点，已成为目前商业化动力型锂离子电池最 V 常用的负极材料．然而碳材料嵌锂电位较低(1w．【∥“+)，与金属锂电位相近，充放电过程中容易 形成锂枝晶，刺穿隔膜造成短路，从而带来了一定的安全隐患；同时在该电位下电解液容易在电极材 料表面分解形成一层钝化膜，使得电池首次充放电效率低，而电解液分解所产生的气体会增大电池内 阻，导致电池容量降低旧1．此外，碳材料在“+脱嵌过程中的体积变化为8％～13％，长时间循环会导 致颗粒间接触逐渐减少，降低电池寿命． 与碳材料相比，尖晶石Li。Ti，O，：在充放电过程中晶体结构保持高度稳定性，被称为零应变材料， 具有较高的库仑效率和较长的循环寿命旧1；Li。Ti，O，：的嵌锂电位较高(1．55V铘．ⅣLi+)，安全性 高¨叫；另外，“+扩散系数为2x10。8cm2／s，比一般碳材料高出一个数量级，在快速充放电过程中能加 快Li+的迁移．因此，尖晶石Li。Ti，O。：成为一种广受关注的锂离子电池负极材料，有望代替一般碳材料 成为新型动力汽车电池和储能元件的理想负极材料．但是，由于Li。Ti，O，：本身电子导电性差，在增大 充放电电流过程中容量衰减较快．改善Li。Ti，O，：材料的导电性，提高其倍率性能成为亟待解决的 问题． 等¨n1。刊改善材料表面的导电性，减小颗粒之间的接触电阻，从而改善电池电化学性能；通过N掺杂C 包覆来提高材料的界面稳定性，改善电子导电性，从而提高电池的循环性能及倍率性能u¨驯． 本文用聚苯胺(PANI)同时作为碳源和氮源，采用简单的球磨辅助高温固相法合成N掺杂c包覆 收稿日期：2014-08-27．网络出版日期：2015-04-20． 基金项目：黑龙江省博士后基金(批准号：LBH—Z13059)资助． 联系人简介：曹殿学，男，博士，教授，主要从事燃料电池、锂离子电池及超级电容器电极材料研究 E—mail：caodianxue@hrbeu．edu．cn 万方数据 982 高等学校化学学报 的“。Ti，O，：；研究了不同包覆比例、包覆工艺对所制备u。Ti，O，：电化学性能的影响．结果表明，对 TiO：进行预处理更有利于提