为了利于产业化,我们进一步使用固相法进行合成Li4Ti5O12,由于固相法难以获得纳米尺度的粉体,为了获得理想的倍率性能,我们使用铜掺杂来制备名义组成为Li4Ti5CuxO12+x的粉体,并得到最佳组成为x=0.15时Li4Ti5Cu0.15O12.15粉体,这种材料包含两种尖晶石结构的组成,分别为Li4Ti5O12和Li2CuTi3O8,在首次嵌锂过程中,Li2CuTi3O8能通过以下反应(1)产生单质Cu,产生的Cu均匀地分布在电极中,使电极的电子电导显著提高,从而提高了电池的倍率性能 (图8) [5]。
Li2CuTi3O8 + 2 Li = 0.6 Li4Ti5O12 + Cu + 0.8Li2O (1)
图8 不同掺杂量的Li4Ti5CuxO12+x粉体的倍率性能比较
纳米过渡金属氧化物负极材料用于锂离子电池可以显著提高电池的比容量和倍率充放电性能,是新一代锂离子电池发展的重要方向,具有很好的发展前景。我们发展了一种简单、实用的合成方法—丙烯酸热聚合法,并用此方法制备了粒径均匀的纳米Fe2O3和纳米Fe-Li复合氧化物 [6]。通过优化前驱液配方、煅烧温度、电极配方等,我们制备了电化学性能良好的纳米Fe2O3基锂离子电池负极,经过200次循环后,电极的比容量仍能达到1300mAh/g以上。而且我们将其用于工业电芯中,通过短路测试,这种负极较通常的石墨负极具有更好的安全性能。