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·1182· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

（400）、（331）、（333）、（440）、（531）晶 Li 4 Ti 5 O 12 样品，颗粒的减小能增大材料与电解质的
面衍射特征峰明显，峰型尖锐，无杂质衍射峰。 接触面积，缩短锂离子的扩散路径，有利于提高材
Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 衍射峰相同，说明 Ni 2+ 料的比容量 [13] 。
成功掺杂到 Li 4 Ti 5 O 12 的晶胞结构中。
图 1B 为图 1A 中（111）峰的放大图。可以看
出，Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的（111）特征峰出现向小角度
2+
微小偏移的现象，表明 Ni 掺杂改性后钛酸锂的晶
2+
胞参数增大，这也证明 Ni 成功掺杂入钛酸锂晶格
结构中。Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的晶胞参数比纯相钛酸锂晶

2+
胞参数大，具体的原因可能是，掺杂离子 Ni 的离 A—Li 4Ti 5O 12；B—Li 4Ti 4.9Ni 0.1O 12

4+
子半径（0.069 nm）比 Ti 的离子半径（0.061 nm） 图 2 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 的扫描电镜图
4+
2+
大，Ni 替代部分 Ti 会使掺杂后的钛酸锂离子半径 Fig. 2 SEM images of Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 and Li 4 Ti 5 O 12
增大。Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的晶胞参数和晶格体积变大有
利于锂离子的扩散和迁移，在不影响尖晶石晶型结 2.3 电化学性能分析
构稳定的情况下促进锂离子的快速转移，提高了材 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 在 0.5 C 倍率下的首
料的离子导电性 [25] 。 次充放电曲线见图 3。由图 3 可知，两个样品在
1.55 V 左右都具有平稳的充放电平台，分别对应着
Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 7 Ti 5 O 12 两相转变的过程。从图中可看
出，Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 、Li 4 Ti 5 O 12 的首次放电比容量分
别 173.3、153.4 mAh/g，对应的库伦效率分别为
97.4% 、 96.9% 。 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的放电 比容量 比
2+
Li 4 Ti 5 O 12 高，是由于 Ni 掺杂后的 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12
导电性比 Li 4 Ti 5 O 12 高，Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的粉末颗粒比
Li 4 Ti 5 O 12 小。Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 导电性比 Li 4 Ti 5 O 12 高，
还导致了 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的库伦效率高于 Li 4 Ti 5 O 12 。

图 3 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 在 0.5 C 倍率下的首次
图 1 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 及 Li 4 Ti 5 O 12 的 X 射线衍射谱图 充放电图
Fig. 1 XRD patterns of Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 and Li 4 Ti 5 O 12 Fig. 3 First charge-discharge of Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 and
Li 4 Ti 5 O 12 at 0.5 C rate
2.2 SEM 分析
图 2 为 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 样品的扫描 图 4A 为 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 在 0.5 C 倍
电镜照片。可以看出，两样品晶粒表面光滑，无明 率下循环性能曲线。由图可见，Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 在前
几次循环时，容量下降较快，但在 12 次循环后，放
显团聚现象；与 Li 4 Ti 5 O 12 样品相比，Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12
颗粒的均匀性更好一些，晶粒尺寸更小，粒径分布 电比容量趋于稳定。Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 在前几次循环时
2+
在 200~300 nm，分散性更好。造成上述现象的原因 容量下降较快可能是 Ni 的掺杂影响了循环开始阶
2+
可能是，Ni 掺杂进入 Li 4 Ti 5 O 12 晶格结构中，造成 段的固体电解质相界面膜（SEI）形成和锂脱嵌，造
晶格畸变，晶格畸变阻碍了样品颗粒在热处理过程 成了可 逆 容量的 损 失。经过 50 次循环 后，
中的团聚现象，导致 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 样品的粒径小于 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 的放电比容量分别为