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新聞動(dòng)態(tài)
鈦酸鋰的知識(shí)點(diǎn)介紹 |
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| 熔鹽合成法是以一種或多種低熔點(diǎn)的鹽類作為反應(yīng)介質(zhì)，初始物質(zhì)能夠在低熔點(diǎn)的熔融鹽中參加反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在原子級(jí)別。在生成鈦酸鋰產(chǎn)物形成后，選擇適當(dāng)?shù)娜軇⿲⒌腿埸c(diǎn)的鹽類化合物除去，再經(jīng)過過濾、洗滌和干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物。通常選取硫化鋰(LiCl)和 氯化鉀(KCl)鹽等低熔點(diǎn)介質(zhì)來制備了Li4Ti5O12。反應(yīng)物在較高溫度的熔融液相介質(zhì)中比在固相介質(zhì)中具有更快的反應(yīng)速度，使反應(yīng)產(chǎn)物得以在較低的溫度、較短的時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)產(chǎn)物的組分也相對(duì)精確，純度較高。 盡管Li4Ti5O12具有安全性髙、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在放電態(tài)時(shí)，Ti4+缺電子的3d能態(tài)具有較寬的能帶寬度(2 eV)，材料的本征電子導(dǎo)電能力偏低(電導(dǎo)率約為10-13 S/cm)，影響了負(fù)極在放電狀態(tài)時(shí)的導(dǎo)電率。通過表面包覆或摻雜等方法能提高電極的表面電導(dǎo)率，從而加快傳荷反應(yīng)速率可使電池的倍率性能的增強(qiáng)。 碳包覆不僅能提高鈦酸鋰材料的電導(dǎo)率，它還能夠有效地防止顆粒間的團(tuán)聚，降低接觸內(nèi)阻，提高電池的倍率性能。此外，由于碳包覆也是一種制備納米材料的高溫處理手段，有助于提高納米材料的結(jié)晶性。可以采用的碳源很多如糖類、聚合物、碳黑、活性碳、碳納米管、碳纖維等。在鈦酸鋰制備過程中加入含碳物質(zhì)，經(jīng)高溫處理時(shí)碳及非碳元素?zé)峤夂螅糠质Ｓ嗟奶紝⒊练e在鈦酸鋰顆粒表面，實(shí)現(xiàn)了表面碳包覆改性。含碳物質(zhì)在熱解時(shí)產(chǎn)生的還原性氣氛將提高反應(yīng)物的活性，包覆碳還助于 Li+在顆粒中的擴(kuò)散。表面的碳層可以抑制顆粒之間的團(tuán)聚，抑制過大的晶粒生成;同時(shí)導(dǎo)電碳層也將增強(qiáng)鈦酸鋰顆粒與集流體之間的接觸，促進(jìn)電流的傳導(dǎo)。其他導(dǎo)電添加劑有銀(Ag)、鋅(Zn)、銅(Cu)等都被研究用于增加鈦酸鋰的導(dǎo)電性，加強(qiáng)鈦酸鋰電池的容量發(fā)揮、循環(huán)壽命的增加及倍率性能的改善。 采用金屬或非金屬離子進(jìn)行體相摻雜也是提高鈦酸鋰的電化學(xué)性能的另一重要途徑。不同的摻雜的離子取代Li4Ti5O12會(huì)造成Ti4+和Ti3+的混合價(jià)態(tài)，引入自由電子或電子空穴。由于摻雜離子會(huì)進(jìn)入活性Li4Ti5O12材料體相中，導(dǎo)致晶格體積和晶胞參數(shù)變化，進(jìn)而影響電極電位、可逆容量或循環(huán)性能的變化。文獻(xiàn)報(bào)道的摻雜的離子有鎂離子(Mg2+)，鋁離子(A13+)，鎵離子(Ga3+)，錳離子(Mn3+)，鉻離子(Cr3+)，鈷離子(Co3+)，鑭(La3+)， Zn2+，鉬離子(Mo4+)， 鈮離子(Nb4+)， 釩離子(V5+)，氟離子(F-)和溴離子(Br-)等。其中，陽(yáng)離子通常取代晶格中的Li+或Ti4+，而陰離子則占據(jù)結(jié)構(gòu)中的O2-位置。典型例子如La3+與F-的協(xié)同摻雜促進(jìn)了鈦酸鋰的容量發(fā)揮。 離子摻雜會(huì)影響Li4Ti5O12材料的電位，研究小組將Li4Ti5O12在強(qiáng)還原性氣氛中處理后，電化學(xué)測(cè)試顯示平臺(tái)電壓下降0.06V，全電池能量密度提升約6%。其后的進(jìn)一步的研究證明經(jīng)強(qiáng)還原性氣氛中處理后的Li4Ti5O12在晶格中形成了氧空位 。 目前對(duì)于Li4Ti5O12的離子摻雜研究，多數(shù)研究集中于離子摻雜后的電化學(xué)性能，而對(duì)摻雜后的晶體結(jié)構(gòu)變化、界面特性、摻雜離子與本體相的相互作用及影響的了解尚不夠深入。認(rèn)為對(duì)鈦酸鋰材料更深層次的機(jī)理研究還是大有可為的。 |