有機碳源對LiTi2(PO4)>3/C復合水系負極性能的影響

張晨陽, 文越華, 趙鵬程, 程 杰, 邱景義, 孫艷芝

(1. 北京化工大學新危險化學品評估及事故鑒定基礎研究實驗室, 北京 100029;2. 北京防化研究院, 北京 100191)

水系鋰離子電池是在有機鋰離子電池材料研究的基礎上[1～9], 結合水溶液的特點發展起來的一種可充水系電池, 具有易制取、 成本低和安全性高的優勢, 已成為儲能領域具有開發和應用潛力的新一代儲能器件[10～13]. 在水系鋰離子電池中, 與正極材料相比, 負極材料由于具有強還原性, 其循環穩定性更難以保證[14]. 目前研究最廣泛的水系嵌鋰負極材料為具有NASICON型晶體結構的快離子導體----磷酸鈦鋰[LiTi2(PO4)3][15,16]. LiTi2(PO4)3脫/嵌鋰離子的電位為2.5 V(vs. Li/Li+), 而且離子導電性好. 但磷酸鈦鋰本身不具有電子導電性, 存在著與大多數水系電極材料一樣的溶解問題[17]. 如何避免水的侵蝕、 保持其晶型結構的完整, 并提高其電子導電性是該負極材料成功應用的關鍵. 因鈦酸酯類前驅體可溶于有機溶劑或通過Pechini法使之溶解, 產物易于納米化, 目前磷酸鈦鋰大多采用有機鈦源通過溶膠-凝膠法或水熱法與高溫煅燒法相結合制得, 電極性能的提升主要通過納米化和碳包覆的途徑[18,19]. Wessells等[20]以四異丙醇鈦為原料, 采用聚合物前驅體法制備碳包覆的納米LiTi2(PO4)3, 其在0.2C倍率下的首次放電容量為113 mA·h/g, 循環100次容量保持率為89%. Weng等[21]將鈦酸四丁酯溶于丁醇中, 與鋰鹽和磷酸鹽水溶液相混合, 采用瀝青為碳源, 乙二胺為氮源, 經一次高溫煅燒制得氮摻雜碳包覆的磷酸鈦鋰負極……