负极复合材料Li4 Ti5 O12-Li3 VO4 /C 的制备及性能

周 雄,廖敏会,陈安国,刘富亮

( 贵州梅岭电源有限公司,特种化学电源国家重点实验室,贵州 遵义 563003 )

尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)具有“零应变”[1]、循环性能优异和工作温度范围宽泛的特点,在新能源汽车和电网储能系统中已得到应用[2-4]。 Li4Ti5O12的电子和离子电导率较低,因此在大电流密度下的倍率性能不理想。

材料复合化[5]是提高Li4Ti5O12导电性的方法之一。 钒酸锂(Li3VO4)用作负极材料,放电电位集中在0.5 ～1.0 V,相较于石墨有更高的放电电位,可提高电池的安全性能,相对于Li4Ti5O12负极材料具有更高的容量和较低的放电平台,与其他负极材料搭配时,具有更宽的放电电压,能提高容量[6-7]。 Li3VO4具有很高的离子电导率,通过调控原料中V、Ti 的比例并控制反应环境,有望获得复合负极材料,增强整体导电性能。 Li4Ti5O12可抑制Li3VO4在焙烧过程中的晶粒生长,提升Li+扩散效率[7],得到较理想的电化学性能。

本文作者基于高温固相的锂离子电池复合负极材料制备方法,结合高能球磨,获得Li4Ti5O12、Li3VO4与碳均匀分布的锂离子电池复合负极材料Li4Ti5O12-Li3VO4/C,分析材料复合前后的结构、形貌,讨论电化学性能的影响因素。

1 实验

1.1 材料制备

按物质的量比2 ∶5称取Li2CO3(上海产,电池级)和TiO2(国药集团,99.6%)以及目标产物质量分数10%的柠檬酸(国药集团,AR),在QM-1SP-4L 行星式球磨机(南京产)上以400 r/min 的转速球磨(球料比2 ∶1)4 h。 所得前驱体在N2/H2(H2体积分数为5%)保护气氛下,采用高温固相法于800 ℃煅烧10 h,得到纯Li4Ti5O12材料,记为LTO。 以制备的LTO 材料为原料,按物质的量比3 ∶1加入Li2CO3和V2O5,混合均匀后,在氩气保护的真空管式炉中600 ℃下煅烧3 h,得到Li4Ti5O12-Li3VO4/C,记为LTO-LVO/C,复合材料中Li3VO4的质量占整体质量的5%。……