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锂电池负极材料多孔钛酸锂表面包覆技术创新取得新进展

更新时间:2013-05-17 22:47:06 点击: 编辑:锂辉电池

     据了解,Li4Ti5O12作为锂电池的负极材料,主要缺点在于电子电导能力太差,纯Li4Ti5O12的电导率小于10-13 S/cm,锂离子扩散系数只有10-9 –10-13 cm2 s-1,导致倍率性能不佳,从而限制了其在锂电池中的应用。对此,科学家从降低Li4Ti5O12颗粒尺寸和表面包覆两方面来对Li4Ti5O12进行改性。

 
  日前, 北京凝聚态物理国家实验室首次使用离子液体作为碳的前驱体,对多孔Li4Ti5O12的进行表面包覆。与传统的固态碳源前驱体相比,离子液体由于具有流动性质更容易深入多孔材料中,而且在较低的蒸汽压下,裂解温度范围较宽 (400-1000 ℃),也不伴随快速的溶剂蒸发,这些都有利于在颗粒表面形成均匀的包覆薄层。
 
  该研究组首先采用以前报道的喷雾干燥法制得多孔Li4Ti5O12,离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺作为前驱体,使用不同量的离子液体与Li4Ti5O12混合,并在氩气中600 ℃ 煅烧。通过表征发现,合成的多孔Li4Ti5O12碳包覆层中含有N元素,对比碳包覆的不含有N元素的多孔Li4Ti5O12,这种N掺杂有利于提高锂电池的倍率性能。
 
  这种N掺杂碳包覆的多孔Li4Ti5O12锂电池之所以表现出极好的倍率性能和循环性能,主要原因有三:一是表面经过N掺杂碳层的包覆,在提高材料的电子导电性的同时也有利于提高Li4Ti5O12的表面稳定性;二是在Li4Ti5O12与N掺杂碳层之间形成的中间相有利于界面间的电子传输;三是在Li4Ti5O12颗粒中形成的三维导电网络更有利于锂离子的嵌入/脱出。

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