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1、无定形TiO2合成尖晶石Li4Ti5O12的性能第5卷第2期2005年4月过程工程.T.....h.....e......C......h.....i.—n—eseJournalofProcessEngineeringVb1.5Nq)2Apr.2005无定形Ti02合成尖晶石Li4Ti0的性能杨建文,钟晖,钟海云,戴艳阳,赵绚(中南大学冶金科学与工程学院,湖南长沙410083)摘要:用无定形TiO2与Li2CO3高温固相反应合成了性能良好的"零应变"电极材料Li4Ti,5Ol2.XRD,SEM和激光粒度分析表明,产物结晶度好,无杂质相
2、,为纯立方尖晶石相,Li4Ti5Ol2颗粒呈砾石状形貌,有团聚现象,平均粒度约2.66.Li4Ti,5Ol2电极具有较宽的充放电平台,循环性能稳定.以0.1C电流比率恒电流充放电,首次放电容量和循环容量分别达180和150mA?h/g.交流阻抗谱研究发现,L/4ri5Ol2不同嵌锂程度下的电导率对其电极的电化学阻抗具有较大影响,电极的Warburg阻抗曲线斜率与其荷电状态相关.关键词:Li4Ti5O12;无定形TiO2;性能;合成中图分类号:TM911文献标识码:A1前言文章编号:1009-606X(2005)02-0170-05最近
3、几年,尖晶石结构Li4Ti5O.2(FdIn)得到了积极研究[H31】.Li4Ti5O2是一种嵌锂反应电极材料,其嵌锂反应如下:Li..[Lil/3Ti5/3】6d'04.+Li+e一寻圭Li2J~l/3Ti5/3】'04(I.5VVS.L//LU),其理论容量为175mA.h/g,实际容量为120-160mA-b/g【.捌.Scharner等【3J对Li4rn5Ol2嵌锂反应的XRD高角衍射研究表明,反应过程中存在两种不同相,它们的晶格常数极其接近,避免了充放电循环过程中材料来回伸缩而导致的结构破坏,所以Li4Ti50.2具有非常优
4、良的循环性能,被称为"零应变"材料.与碳负极材料相比,Li4TiO.2平衡电位较高,避免了金属锂的沉积,并且其平台容量超过总容量的85%,充电结束时电位迅速上升,此现象可用于指示终止充电,避免了过充电,因此Li4n50.2负极的安全性比碳负极材料高.Li4Ti5o.2比容量虽然比碳负极材料小,但通过对电池其他部分改进,两者分别与LiCoO2正极组成电池时比能量相当[4】.已经证明Li4TiO2电极还具有大电流充放电性能[圳.Li4Ti5Ol2作为负极材料与LiCoO2,LiMn20,l,LiNiO2和活性炭等可以组成锂离子电池或全固态
5、电池和混合型超级电容器,表现出良好的应用性~[6,8-10].Li4Ti502合成方法主要有固相反应法,溶胶一凝胶法.溶胶一凝胶法可以合成粒度分布均匀的高性能纳米粉末,但工序复杂,常采用价格较高的有机物dll-13]为原料.固相反应法一般以具有较高反应活性的亚稳态二氧化钛[14,】,即锐钛型(Anatase)TiO:z为钛源,以Li2.CO3-.或LiOH为锂源,反应物混合后经过一段或两段高温反应,粉碎,筛分,得微米级Li4TiO.2粉末.固相反应法工序简单,易进行规模化生产,在Li4Ti5o2研究中占主导地位卜m,H】.Peramu
6、nage实验表明,在相同条件下(Ana-TiO2粒径32nln,800℃,02流),由于LiOH熔点比Li2CO3低,导致其产物粒度粗大,宜选择Li2.CO3作为锂源;Amatucci等L5J采用纳米TiO2与Li2CO3的固相反应合成了纳米结构Li4Ti5O.2,其大电流充放电性能比一般固相反应产物好得多,但目前还不了解制备的详细过程.所以,原料性能对Li4Tio.2固相反应制备具有重要意义"】.二氧化钛常见形态为金红石,锐钛矿,板钛矿,无定形(Amorphous)等,除Ana-TiO2之外,目前还未发现使用其他形态二氧化钛制备Li
7、4Ti5O.2的报道.我们认为Amor-TiO2属非晶态,比表面高,其结构比Ana-TiO2,更不稳定,也应该具有很高的反应活性:另外,用成本低廉的液相法合成各种no2时,在室温下首先形成Amor-TiO2,无需晶化或高温处理[18,19],工艺简单,以其作为Li4Ti5O.2制备原料比纳米Ana-TiO2成本更低.本研究用Amor-TiO2制备了纯尖晶石相Li4Ti5Ol2,并对产物性能进行了研究.2实验2.1主要原料无定形二氧化钛(Amor-TiO:2,AR,广东汕头市西陇化工厂),TiO2/>99.0%,粒度≤1.0pm,
8、XRD分析证明为无定形,使用前在105℃下干燥:锐钛型二氧化钛收稿日期:2004-02一lO.修回日期:2004-06__l8作者简介:杨建;~0968一).男.甘肃省宁县人,博士研究生,从事冶金,材料等研究.E-mai
