锂离子电池负极材料球形钛酸锂的合成及性能

不同正极材料的钛酸锂基锂离子电池性能对比及应用简析摘要：近年来，钛酸锂基锂离子电池因其低温性能好，循环寿命长，安全特性高等优势受到了极大地关注。

本文对比了以锰酸锂（LMO）、三元材料（NCM）、钴酸锂（LCO）、磷酸铁锂（LFP）为正极材料的钛酸锂基锂离子电池的电性能；结合市场需求，分析了不同正极体系的钛酸锂基锂离子电池的应用方向。

关键词：钛酸锂；锂离子电池；不同正极体系；应用随着新能源行业的快速发展，以Li4Ti5O12（简称LTO）作为负极材料的锂离子电池因其安全性高，循环寿命长，快速充放电能力强，低温性能好［1］等优点，相比于石墨负极的锂离子电池在某些特殊领域有着不可替代的作用。

1 实验以32610圆柱型电池为研究对象，将正负极片经卷绕后形成极组，极组经过整形、入壳、激光焊等工序形成电池，半成品电池经过烘干、注液，化成、后处理、老化等工序完成制作，准备进行相关性能测试。

电池分类如下：A（LMO）、B（NCM）、C （LCO）、D（LFP）。

2 结果与讨论2.1 放电曲线图1 A、B、C和D四类电池的放电曲线以32610圆柱型电池为研究对象，LCO/LTO能量密度为80Wh/kg，NCM/LTO能量密度为75Wh/kg，LMO/LTO能量密度为55Wh/kg，LFP/LTO能量密度为47Wh/kg。

2.2 倍率放电性能图2 A、B、C和D四类电池的倍率放电性能如图2所示常温倍率放电性能A＞B＞C＞D。

这是因为尖晶石型LMO具有立方对称结构，锂离子脱出嵌入速率较快，倍率性能较好；而NCM、LCO为层状结构，Li-O层中Li+的跃迁势垒较高，离子迁移速率较慢；LFP为橄榄石型晶体结构，其特殊结构限制了锂离子在其晶格内的传输速率，并且其内部铁氧八面体和磷氧四面体的存在导致了粉体颗粒之间的导电性极差［2］，因此倍率性能最差。

2.3 低温放电性能图3 A、B、C和D四类电池的低温放电性能如图3所示低温性能依次为A＞C＞B＞D。

溶胶凝胶法制备锂离子电池负极材料钛酸锂以溶胶凝胶法制备锂离子电池负极材料钛酸锂为标题钛酸锂是一种重要的锂离子电池负极材料，具有高电压平台、较高的比容量和良好的循环性能等优点。

溶胶凝胶法是一种常用的制备钛酸锂的方法，具有制备工艺简单、操作方便、控制性能优良等特点。

溶胶凝胶法制备钛酸锂的步骤主要包括溶胶的制备、凝胶的形成和热处理等过程。

首先，通过溶胶制备钛酸锂的前驱体溶液。

这一步可以选择使用无机盐或有机盐作为钛酸锂的前驱体，将其溶解在适当的溶剂中，形成均匀的溶液。

接下来，通过溶胶的凝胶过程形成钛酸锂的凝胶体。

在这一过程中，通过加入适当的凝胶剂，使得溶液中的钛酸锂前驱体发生凝胶反应，形成凝胶体。

凝胶体的形成主要通过溶液中的前驱体发生聚合作用，形成三维网络结构，从而形成均匀的凝胶体。

通过热处理将凝胶体转化为钛酸锂。

热处理过程中，通过适当的热处理温度和时间，使得凝胶体中的有机物热解、挥发，形成纯净的钛酸锂晶体。

热处理过程中的温度和时间对于钛酸锂的形成和性能具有重要影响，需要进行精确控制。

溶胶凝胶法制备的钛酸锂具有较高的纯度和较好的结晶性能，可以提高钛酸锂的电化学性能。

同时，溶胶凝胶法还可以通过调控溶胶的配比和添加适当的掺杂剂，进一步改善钛酸锂的性能。

例如，通过添加合适的掺杂剂，可以提高钛酸锂的离子导电性能，增强其循环性能和倍率性能。

溶胶凝胶法是一种有效的制备钛酸锂的方法，具有简单易行、控制性能优良等优点。

通过精确控制制备条件和添加适当的掺杂剂，可以进一步改善钛酸锂的性能，提高其在锂离子电池中的应用价值。

这使得溶胶凝胶法成为一种重要的制备钛酸锂的方法。

两步煅烧法合成钛酸锂及其性能于小林;吴显明;丁心雄;李叶华;石青锋;吴贤钊;陈经玲【摘要】以Li2 CO3和TiO2为原料,采用两步煅烧法合成锂离子电池负极材料钛酸锂.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电和电化学阻抗等技术研究合成材料的结构、形貌及电化学性能.结果表明:两步煅烧法合成出的Li4 Ti5 O12晶粒大小均匀,表面光滑,分散性好.在0.5 C下,首次放电比容量为153.5mAh/g,循环45次后,容量保持率高达95.1％;在2 C时,首次放电比容量为100.1mAh/g.两步煅烧法合成出的Li4 Ti5 O12在嵌脱锂过程中的极化较小,电荷转移阻抗值最小,材料表现出优良的电化学性能.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2019(037)001【总页数】5页(P71-75)【关键词】锂离子电池;两步煅烧法;钛酸理;电化学性能【作者】于小林;吴显明;丁心雄;李叶华;石青锋;吴贤钊;陈经玲【作者单位】吉首大学化学化工学院,湖南吉首 416000;吉首大学化学化工学院,湖南吉首 416000;湘西自治州矿产与新材料技术创新服务中心,湖南吉首 416000;吉首大学化学化工学院,湖南吉首 416000;吉首大学化学化工学院,湖南吉首 416000;吉首大学化学化工学院,湖南吉首 416000;吉首大学化学化工学院,湖南吉首416000;吉首大学化学化工学院,湖南吉首 416000【正文语种】中文【中图分类】TM9121 引言锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高、体积小、无记忆效应及环境友好等优点，在便携式通讯和电动汽车领域得到了广泛应用[1-3]。

目前商业化锂离子电池负极材料大多数为碳材料，此类材料存在安全性差[4]，体积膨胀严重，易发生爆炸且制备工艺复杂等缺点。

尖晶石Li4 Ti5 O12(LTO)在脱嵌锂的过程中，几乎无体积收缩和膨胀，被称为“零应变”材料[5-6]，成为负极材料的研究热点[7-10]。

锂离子电池负极材料钛酸锂的制备及改性方法钛酸锂是一种无机化合物，肉眼观察为白色固体，在空气中性质稳定，由锂钛氧三种元素组成，结构是面心立方结构。

钛酸锂是目前实现商业化应用的负极材料之一。

相较于碳类负极材料，钛酸锂存在自身优势，如钛酸锂的“零应变”特性，可逆性强，循环性能好，可快速充放电，而且钛酸锂电位高，不会有SEI膜和锂枝晶的生成。

钛酸锂的制备方法钛酸锂的主要制备方法包括固相法、溶胶-凝胶法、水热法。

1、固相法固相法是制备Li4Ti5O12的常用方法。

一般方法是将锂源（如Li2CO3、LiOH）和钛源（如TiO2）按一定化学计量比经过球磨均匀混合后，对粉末状物质进行高温锻烧，温度一般选择600-1000℃，时间一般控制在10-24h。

这种方法所得产物粒径较大，一般在微米级，且分布不均匀，反应条件需要长时间高温会耗费大量能源，而且由于固相原料很难充分地均匀混合，导致所得产物电化学性能较差。

但由于制备步骤少，成本低，产量大，固相法成为工业生产钛酸锂经常使用的一种方法。

2、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种湿化学技术，它可以有效解决Li4Ti5O12材料团聚等问题。

该方法制备流程是：钛源中加入锂源和一定量的络合剂后混合均匀得到溶胶-凝胶状的前驱物。

将前驱物陈化后烧结得到纯Li4Ti5O12。

热处理过程可以去除有机基团，使交联分子键断裂。

常见络合剂有草酸、柠檬酸、酒石酸等。

该方法络合剂用量，初始溶液PH值等会对目标产物的形貌结构及电化学性能有影响。

溶胶-凝胶法由于反应物可以在液相中均匀的混合，所得产物颗粒一般为纳米尺寸，且分布均匀。

但因其合成成本高、合成路线复杂，该方法不适合工业化生产。

3、水热法水热法也是制备钛酸锂材料常见的湿法合成工艺。

该方法的特点是，在密闭体系，以水或者有机溶液作为溶剂，加入锂源（如LiOH·H2O、LiNO3和Li2CO3）和钛源（如钛酸四丁酯、异丙醇钛），通常以高压反应釜为反应容器，通过加热反应容器，将反应条件从外部的低温加热变成内部的高温高压，然后洗涤干燥再热处理。

锂电池负极材料钛酸锂的研究进展摘要：随着社会的快速发展，人们对能源的需求越来越大，而且非可再生资源也将越来越少。

只有不断地开发新的能源，才能满足更高的需求，才能让人们的社会得到更大的发展。

近年来，一种性能更好的新型电池被广泛应用于市场，这就是可充电、长寿命、高能量、清洁、无污染的可充电锂电池。

对于锂离子电池的负极，采用钛酸锂进行充放电时，其结构不会发生变化，也不会与电解液产生化学反应。

在安全、化学等方面，它优于其他的碳阴极材料。

文章对钛酸锂的基本概况进行了较为详尽的阐述，着重对它的制备、优缺点进行了简要的阐述。

关键词：钛酸锂；锂电池；研究；引言：随着现代社会的发展和现代工业的迅速发展，人们对能源的需求越来越大，时间一长，矿产资源将面临耗尽的危险。

在这种情况下，锂电池具有安全性好、电压高、寿命长、容量大等优点，可以有效地解决目前的能源问题，减少环境污染。

锂电池是由正、负、电解质三部分构成的。

所以，锂离子电池的负极材料是最好的，而合金材料则是最好的选择。

然而，无论是金属锂材料，还是合金材料，都无法保证锂电池的安全性。

1.锂离子电池发展概况锂离子电池是一种以锂二次电池为核心的高科技产品。

近30年来，我国的锂离子电池生产工艺已基本达到了一个较高的水平。

在国内的军用领域，锂离子电池已经发展到了三十多年的水平，但是在安全性上，我们还必须通过一些技术手段来解决。

我国是发展中国家，也是世界上最早实现锂离子电池工业发展和应用的国家。

经过近几年的发展，再加上我国的政策引导，地理位置优势，自然资源丰富，我国的锂离子电池发展势头迅猛。

锂离子电池产业结构和生产链不断完善、专业化、性能不断提高，并逐步与发达国家形成了鲜明的对比。

随着消费者对生活和工作的需求日益增长，我国的锂电池产业在今后的几年内将会保持快速的增长。

2.钛酸锂在锂离子电池应用中的一些基本情况锂离子电池具有高安全性、长寿命、便于携带等优点，在电子产品生产中占有举足轻重的位置。

姓名：张广川学号：201020181034 班级：sj1054Li4Ti5O12（钛酸锂）锂离子电池负极材料研究评述张广川(河北工业大学材料科学与工程学院，天津 300130）摘要：介绍了锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的优点、晶体结构、嵌锂机理和电化学特性。

对Li4Ti5O12的固相法、sol-gel法以及其他各种制备方法进行了讨论，结合动力电池的关键性能，如安全性能、循环性能、倍率性能以及低温性能，详细介绍了Li4Ti5O12作为锂离子动力电池负极材料在这几个方面的研究现状，并结合自制LiCoO2/ Li4Ti5O12系列电池就上述关键性能进行了研究。

并对其的应用前景进行了展望。

关键词：锂离子电池；负极材料；Li4Ti5O12；倍率性能；低温性能Research progress in Li4Ti5O12as anode material for Li-ion battery Chris Zhang(Materials department of science and engineering，hebei university of technology，tianjin 300130)Abstract：The research status of advantage,crystal structure,mechanism of lithium inserting and electrochemical properties of lithium titanate (Li4Ti5O12) as anode material for Li-ion battery are reviewed. And solid-state method,sol-gel method,as well as various other preparation methods for Li4Ti5O12 are discussed.And,the advance of Li4Ti5O12 used as the anode material for lithium ion power batteries was reviewed in terms of safety, cycleability, rate capability and low temperature performance. Furthermore, the investigations of LiCoO2/ Li4Ti5O12 batteries series in our labs were also discussed in detail.Key words： Li-ion battery； anode material；Li4Ti5O12；rate capability； low temperature performance1 引言随着全球资源的日益短缺，人们开始开发新型能源代替传统能源。

钛酸锂系列锂离子电池相关参数一、钛酸锂电池的概述作为锂离子电池负极材料-钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4 V或1.9V的锂离子二次电池.此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5 V 的锂二次电池。

由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。

可以预见：钛酸锂材料在2－3年后，一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、观光车、电动自行车摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期储能等电池的应用领域。

二、单体电池的特点1、独立单电池对流散热结构，能更有效低避免过热相互影响；2、单电池独立定位支点结构，能有效防止电池在振动环境产生串动，避免了串动的摩擦破坏电池外层绝缘隔离，避免累积性的挤压效应，消除了相互挤压造成电池内部受挤压损坏电池隔膜造成危险。

三、单体电池技术参数标称容量（0.2C）15Ah交流内阻≈3.3mΩ标称电压 2.48V电芯重量≈0.713kg标准充电方法恒流3A截止电压 1.5V标准充电方法恒流3A充电保护电压 2.75V快速充电方法恒流15A充电电压 2.70V最大持续放电电流7.5A9000 cycles循环寿命常温循环至80%，100%DOD工作温度充电温度-30 — 55℃放电温度-30 — 55℃储存温度50% — 70% SOC储存-10 — 45℃四、电池组模块技术参数规格型号：TK-15-2012 额定电压：42V额定容量：15 Ah 工作电压范围：36 —42 (V)能量密度：48.8wh/kg 96wh/L 外形尺寸：239*112*243 (mm)五、电池组模块结构特点：1. 无框架连接固定结构，有效提高体积比能量密度；2. 联接电极防水结构，能有效改善导电接触点氧化产生的接触电阻；3. 弹性补偿抗震串联接电结构，能防止震动环境造成的接触不良；4. 非焊接引线结构，能避免焊接高温产生对极耳电极密封破坏；5. 内压恒压结构，保持电池稳定内压，更好的避免粘合处、密封绝缘隔离处受到水分渗入。

锂离子电池负极（碳材料、钛酸锂、硅基材料）的研究进展概述1989年，SONY公司研究发现可以用石油焦碳材料替代金属锂制作二次电池，真正拉开了锂离子电池规模化应用的序幕，负极材料的研究也自此开始。

之后30年时间里，已经先后有碳、钛酸锂、硅基材料等三代产品作为负极材料使用。

文中将根据负极材料的结构分类，分别简要介绍各种锂离子电池负极材料的结构特征、性能特点、改进方向等方面研发进展，重点关注下一代高能量密度电池负极材料的发展现状和未来趋势。

一、碳材料碳材料是当今商业化应用最广泛、最普遍的负极材料，主要包括天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、MCNB（中间相碳微球），在下一代负极材料成熟之前，碳材料特别是石墨材料仍将是负极材料的首选和主流。

1.1 石墨石墨根据其原料和加工工艺的区别，分为天然石墨和人造石墨，因其具有对锂电位低、首次效率高、循环稳定性好、成本低廉等优点，石墨成为目前锂离子电池应用中理想的负极材料。

天然石墨：一般采用天然鳞片石墨为原料，经过改性处理制成球形天然石墨使用。

天然石墨虽然应用广泛，但存在几个缺点：①天然石墨表面缺陷多，比表面积大，首次效率较低；②采用PC基电解液，有严重的溶剂化锂离子共嵌入现象，导致石墨层膨胀剥离，电池性能失效；③天然石墨具有强烈的各向异性，锂离子仅能从端面嵌入，倍率性能差易析锂。

天然石墨的改性：①针对天然石墨表面缺陷多和电解液耐受性差的问题，采用不同的表面活性剂进行改性。

CHENG等通过强碱（KOH）水溶液刻蚀后高温无氧气氛烧结的方式，改变孔隙结构表面，增加石墨表面微孔和嵌锂路径的方式改善天然石墨倍率性能。

WU等采用不同强氧化剂溶液进行氧化处理，钝化表面活性电位和还原性官能团，改善天然石墨首次效率。

MATSUMOTU等采用ClF3对天然石墨进行氟化处理，发现充放电倍率和循环寿命均有效提高。

另一种处理方式是进行包覆改性，将天然石墨无定形碳包覆，构建“核-壳”结构颗粒，通常无定形碳的碳源为沥青、酚醛树脂等低温热解碳材料，碳层的存在不但能隔绝电解液的直接接触，减少颗粒表面活性点，降低比表面积，另外由于碳层较大的层间距，还能降低界面阻抗，提高锂离子嵌入扩散能力；②针对天然石墨强烈各向异性的问题，工业生产中常采用机械处理的手段对颗粒形貌进行球形化整形，气流整形机采用风力冲击的方式使颗粒之间相互摩擦，切削颗粒棱角，此方法不会引入掺杂杂质，球化效率高，但会导致大量颗粒粉化，产率低。

电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Tech n o l ogy&Software En g ineeri ng 锂离子电池负极材料钛酸锂的研究分析赵丰刚（宁德时代新能源科^｝支股份有限公司福建省宁德市352100）摘要：本文从阐述锂离子电池的发展情况出发，探讨了锂离子电池中对钛酸锂应用的情况，并对锂离子电池负极材料钛酸锂的研究内容进行了全面分析。

关键词：锂离子电池；负极材料；钛酸锂电极材料时锂离子电池研究过程中-项重要内容。

碳材料具有循环稳定性好、储量丰富，性价比高等优点，因此，其成为了商业锂离子电池中应用广泛的一种负极材料。

但是，其在具体应用期间存在一定缺点，锂离子电池重充放电时，锂离子会出现脱嵌现象，这会导致电极材料发生收缩和膨胀现象，长期以往会导致电极材料晶体出现坍塌事故，会降低电池容量。

此外，碳电极脱嵌锂可能会引起电池内部发生短路情况，因此，存在一定安全隐患问题。

可见，加强对锂离子电池负极材料的研究势在必行。

1锂离子电池发展情况过去的二十年的时间里，锂离子电池的生产技术经过漫长的发展，以及人们对其研究的深入，锂离子电池的生产技术已经十分成熟，锂离子电池很快的被应用到了军事方面，但是，针对锂离子电池安全方面，还需要采取相应措施对问题进行处理。

随着我国各项政策的颁布，以及人们对锂离子电池研究的不断深入，锂离子电池的生产链、主产结构都变得更加完善，专业化程度也得到了进一步提高。

现代锂离子电池随着信息技术的快速发展，不断朝着便携、高性能方向发展⑴。

同时，随着人们在主活、工作方面的需求，因此，人们对电子产品的需求也不断扩大，锂离子电池具有良好的发展前景⑵。

2锂离子电池中对钛酸锂应用的情况锂离子电池具有携带方便、寿命长、安全性高等优点，因此，在电子产品领域中占有非常重要的位置。

人们加强了电解质、隔膜、电极等各种辅助材料的研究，这也是研究锂离子电池必须经历的内容。