Al掺杂对Li4Ti5O12结构及性能的影响

熊训辉, 王志兴, 伍 凌, 李新海, 吴飞翔, 郭华军, 彭文杰

(中南大学 冶金科学与工程学院，长沙 410083)

随着锂离子电池逐渐用于混合动力和纯电动汽车上，对电池材料的安全性、使用寿命和倍率性能提出了更高的要求。与炭类负极材料相比，尖晶石型Li4Ti5O12是零应变材料，循环性能好、充放电电压平台平稳、安全性能好且容易制备，是很有前途的动力型锂离子电池负极材料[1−3]。通常认为锐钛型 TiO2是Li+嵌入的活性主体，而金红石型 TiO2几乎不能嵌入Li+[4]，所以研究者主要用锐钛型TiO2和锂源按化学计量比在800～1 000 ℃内烧结合成Li4Ti5O12材料。

Li4Ti5O12的诸多优点使其有希望成为替代炭类材料作为一种锂离子动力型的负极材料，但其电子导电性影响了其倍率性能的发挥[5]，阻碍了它的发展和商业化。研究者主要通过细化晶粒[6]、包覆导电性物质[7−9]和掺杂金属阳离子[10−14]等途径提高 Li4Ti5O12的倍率性能。已报道的掺杂离子如Mg2+、Fe3+、F−、Mn2+、V3+等对 Li4Ti5O12材料的电化学性能有一定程度的改善，但仍存在不足。TIAN等[15]发现Nb5+掺杂可提高材料的电化学性能，但其成本较高、操作工艺复杂，不易实现规模化生产。因此，寻找一种更适合的掺杂离子并通过简单有效的方法即能全面提高材料的性能是很有必要深入研究的。Al-O八面体非常稳定且 Al的质量小，本文作者将以来源广、成本低的金红石型TiO2为原料合成Li4Ti5O12材料，研究Al3+掺杂对高温固相法合成的Li4Ti5O12结构和性能的影响。

1 实验

1.1 样品的制备

按 Li4AlxTi5−xO12(x=0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4)化学计量比(Li盐过量 4%以弥补高温下的挥发)分别称取Li2CO3、Al2O3和金红……