核壳结构的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备及改性研究

尖晶石型Li4Ti5O12是未来可替代碳负极材料的安全性较高的具有极大应用前景的负极材料，成为当前的研究热点。但是，Li4Ti5O12的电导率很低，导电性较差，高倍率下的性能较差，应用于油电混合车、大型储能电池等领域受到极大的限制。因而，提高Li4Ti5O12的电导率和倍率性能的研究显得尤为重要。针对Li4Ti5O12纳米材料表面活性较高，极易发生团聚而失去活性，及目前常用的制备方法包覆的碳颗粒不能均匀地包覆在Li4Ti5O12颗粒周围等问题，本项目旨在发挥出纳米化、掺杂离子和包覆碳三种改性方法的综合优势，通过掺杂离子和包覆碳两种途径对纳米Li4Ti5O12材料进行改性，制备出掺杂离子的核壳结构的Li4Ti5O12/C复合材料。深入研究掺杂离子对于晶体结构，晶体内部的离子排列方式的影响以及对电化学性能的影响机理，详细探究碳包覆和掺杂离子的协同作用和双效影响。

尖晶石型Li4Ti5O12 是未来可替代碳负极材料的安全性较高的具有极大应用前景的负极材料，成为当前的研究热点。但是，Li4Ti5O12 的电导率很低，导电性较差，高倍率下的性能较差，应用于油电混合车、大型储能电池等领域受到极大的限制。因而，提高Li4Ti5O12 的电导率和倍率性能的研究显得尤为重要。针对Li4Ti5O12 纳米材料表面活性较高，极易发生团聚而失去活性，及目前常用的制备方法包覆的碳颗粒不能均匀地包覆在Li4Ti5O12 颗粒周围等问题，本项目旨在发挥出纳米化、掺杂离子和包覆碳三种改性方法的综合优势，通过掺杂离子和包覆碳两种途径对纳米Li4Ti5O12 材料进行改性，制备出掺杂离子的核壳结构的Li4Ti5O12/C 复合材料。深入研究掺杂离子对于晶体结构，晶体内部的离子排列方式的影响以及对电化学性能的影响机理，详细探究碳包覆和掺杂离子的协同作用和双效影响。电化学测试结果表明: 和纯Li4Ti5O12相比，纳米化后的材料在0.5C倍率下的首次库伦效率从86.4%提高到了94.1%，在40C倍率下的首次放电比容量从25 mAh g-1提高到了53 mAh g-1，高倍率性能得到了明显的改善。 掺杂后Li3.95La0.05Ti4.95Sc0.05O12的性能最好，0.5C倍率下的首次库伦效率为99.3%，40C倍率下的首次放电比容量高达85 mAh g-1，首次库伦效率和高倍率性能得到了进一步提升。通过以上方式综合提高了Li4Ti5O12的电化学性能，使Li4Ti5O12在高功率动力锂离子二次电池方面具有更广阔的应用前景。