1、由于現(xiàn)代電動汽車工藝的不斷發(fā)展和多種用電設(shè)備的電源開發(fā)的內(nèi)在需求，具有安全性好、可靠性高和壽命長等優(yōu)點的尖晶石型Li4Ti5O12作為高功率型鋰離子電池的負極材料逐漸成為研究的熱點。然而，作為高功率動力型鋰離子電池負極材料，其倍率性能還有待進一步提高。因此，論文采用來源廣泛、價格低廉的鈦冶金中間產(chǎn)品TiCl4水溶液為鈦源，在溫合的實驗條件下，制備了各種形貌的TiO2前驅(qū)體和Li4Ti5O12產(chǎn)品，并通過炭包覆改善其導(dǎo)電能力，進而提高其充

2、/放電倍率性能。
　　采用水熱法處理不同濃度的TiCl4水溶液生成了不同粒徑、不同形貌的納米級TiO2。對TiO2進行炭包覆后，形成包覆炭層有效地阻止了高溫下TiO2顆粒間的熔并，因此樣品的顆粒良好地保持了原有形貌。與未經(jīng)包覆處理的樣品相比，包覆處理后得到的Li4Ti5O12產(chǎn)品在可逆充/放電容量、高倍率充/放電和循環(huán)能力方面均表現(xiàn)出了更加優(yōu)越的性能。納米級粒徑和包覆炭層都有利于降低材料在大電流充/放電下的極化現(xiàn)象，有效提高其倍率

3、性能和循環(huán)性能。
　　采用原位水解法合成了粒徑在200-700nm的尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12。LiOH一方面提供了鋰源，一方面起到了調(diào)節(jié)體系pH值并促進TiCl4水解的作用。當TiCl4水溶液發(fā)生水解時，新生成的水合鈦氧化物能夠在溶液中均勻分散，具有比表面積大、嵌鋰活性好等特點，在水溶液中當TiO2前驅(qū)體形成之時，就使鋰離子嵌入其結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)原子級水平嵌鋰，并同時發(fā)生從TiO2向Li4Ti5O12的原位相轉(zhuǎn)化，因此與固相法相

4、比，大大縮短了高溫下熱處理的時間。進一步在水解過程中加入水熱處理步驟，可以得到更小粒徑、分散良好且結(jié)晶度高的Li4Ti5O12。水熱條件促進了Li+的吸附與嵌入，通過水熱法得到的前驅(qū)體已經(jīng)形成了面心正交晶格結(jié)構(gòu)的水合鈦酸鋰。相同條件下，樣品經(jīng)過170℃水熱處理24h后，產(chǎn)品的粒徑縮小至100-400nm。通過兩種方法合成的Li4Ti5O12作為鋰離子電池負極材料時都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能。其中水熱法合成的樣品在0.1C倍率下，首次放電

5、容量達到了174mAh·g-1，首次效率達到了96.5％，材料還具有優(yōu)秀的倍率性能和循環(huán)性能。
　　以水熱法制得的Li4Ti5O12為原料，利用兩親性炭材料（ACM）的兩親性使其在水/Li4Ti5O12界面生成一層自組裝包覆層，均勻包覆在鈦酸鋰表面，并通過炭化使炭材料與Li4Ti5O12材料表面牢固緊密接觸，形成核-殼復(fù)合結(jié)構(gòu)，并且基本沒有改變原料Li4Ti5O12原有的形貌。ACM和Li4Ti5O12的質(zhì)量比為100mg/100

6、0mg時，800℃炭化2h后可得到炭包覆層均一連續(xù)的復(fù)合材料，復(fù)合材料中炭含量為5.7wt%，包覆炭層的厚度為3nm左右，為無定型結(jié)構(gòu)。ACM包覆層能夠有效地降低材料的電化學阻抗，改善材料的導(dǎo)電能力，降低材料在大電流條件下的極化現(xiàn)象，大大提高了材料的倍率充放電性能。10C和20C倍率下，炭包覆Li4Ti5O12復(fù)合材料的可逆容量仍可達到158.9mAh·g-1和137.2mAh·g-1，分別是1C倍率下的88%和78%。
　　通過

7、對尖晶石型Li4Ti5O12在1V以下的嵌鋰行為進行研究，發(fā)現(xiàn)Li7Ti5O12不是Li4Ti5O12最終的還原產(chǎn)物，而是反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物。在0~1V電位區(qū)間內(nèi)，Li+能夠繼續(xù)嵌入Li7Ti5O12的四面體空位，但受自身得電子能力所限制，1mol尖晶石型Li4Ti5O12最多可以接受5molLi+而轉(zhuǎn)化為Li9Ti5O12。經(jīng)計算得出，尖晶石型Li4Ti5O12在0~3V間的理論容量為291.8mAh·g-1。在低電位下，Li4Ti