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第 6 期 石青锋，等: 锂离子电池负极材料 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的制备及其电化学性能 ·1183·

163.4、147.1 mAh/g，对应的容量保持率分别为 Li 4 Ti 5 O 12 ，这意味着掺杂样品的电导率和锂离子扩
2+
94.3%、95.8%。50 次循环后 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的比容 散系 数均高 于 Li 4 Ti 5 O 12 。由 于 Ni 掺杂后的
量比 Li 4 Ti 5 O 12 高出约 20 mAh/g，12 次循环后的容 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 电导 率和锂 离子扩 散系 数均高 于
2+
量衰减比 Li 4 Ti 5 O 12 小，是因为 Ni 的掺杂提高了材 Li 4 Ti 5 O 12 ，所以具有相对更优的电化学性能。

料的离子导电率和电子导电率，使 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12
具有更高的比容量和更优的循环性能。

图 5 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 的交流阻抗曲线及等效
电路图
Fig. 5 AC impedance curve and equivalent circuit of
Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 and Li 4 Ti 5 O 12

3 结论

采用固相合成法合成的 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 无杂相
存在，样品晶粒表面光滑，颗粒大小均匀，分散性
良好，晶粒尺寸在 200~300 nm；Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 在
0.5 C 首次放电比容量为 173.3 mAh/g，库伦效率为
97.4% ； 50 次恒流充放电后的比容量为

A—循环性能曲线；B—倍率性能曲线
163.4 mAh/g，容量保持率为 94.3%；与 Li 4 Ti 5 O 12

图 4 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 的循环性能和倍率性能 相比，制备的 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 具有更小的 R ct 和 R w 。
Fig. 4 Cycle performance and rate capability of
Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 and Li 4 Ti 5 O 12 参考文献：

图 4B 为 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 与 Li 4 Ti 5 O 12 在不同倍率 [1] Li C C, Li Q H, Chen L B, et al. A facile titanium glycolateprecursor
route to mesoporous Au/Li 4Ti 5O 12 spheres for high-rate lithium-ion
下的循环性能曲线。从图中可以看出 ，
batteries[J]. Applied Materials Interfaces, 2012, 4(3): 1233-1238.
Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 在 0.1、1.0、2.0、5.0、10.0C 倍率下 [2] Aldon L, Kubiak P, Womes M, et al. Chemical and electrochemical
的放电比容量分别为 183.5、149.0、135.4、104.0 Li-insertion into the Li 4Ti 5O 12 spinel[J]. Cheminform, 2005, 36(13):
5721-5725.
和 76.0 mAh/g；Li 4 Ti 5 O 12 在相同倍率的放电比容量
[3] Yi T F, Xie Y, Zhu Y R, et al. Structural and thermodynamic stability
分别为 165.7、128.1、100.1、66.4 和 46.2 mAh/g。 of Li 4Ti 5O 12, anode material for lithium-ion battery[J]. Journal of
两个样品的放电比容量随着倍率的增加逐步下降，但 Power Sources, 2013, 222(2): 448-454.
[4] Shi Nannan (史楠楠), Jiang Xue (姜雪), Zhang Ying (张莹), et al.
对于纯相 Li 4Ti 5O 12 而言，Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的比容量下
Preparation and performance of N-doped carbon coated Li 4Ti 5O 12 as
降相对较小，循环性能优于 Li 4 Ti 5 O 12 。Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 anode material for lithium-ion batteries[J]. Chemical Journal of
在高倍率下的比容量和循环性能都优于 Li 4 Ti 5 O 12 ， Chinese Universities (高等学校化学学报), 2015, 36(5): 981-988.
[5] Huang Pengxiao (黄朋肖), Tang Shuihua (唐水花), Li Xing (李星),
2+
是因为 Ni 的掺杂提高了 Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的导电性。 et al. Research progress of spinel Li 4Ti 5O 12 as anode material
如图 5 所示，交流阻抗图谱由中高频的一个半 forlithium ion batteries[J]. Chinese Journal Power Sources (电源技
圆和一条低频斜直线组成。中高频区的半圆对应着 术), 2015, 139(1): 185-187.
[6] Liu J H, Wei X F, Liu X W, et al. Two-dimensional wave-like spinel
电解液与电极表面之间的电荷转移阻抗 R ct ，反映法 lithium titanate for fast lithium storage[J]. Scientific Reports, 2015,
拉第反应动力学的快慢。低频区的斜线则为 Warburg 5: 9782-9787.
阻抗 R w ，反映锂离子在电极内部的扩散能力。等效 [7] Cheng J, Che R C, Liang C Y, et al. Hierarchical hollow Li 4Ti 5O 12
urchin-like microspheres with ultra-high specificsurface area for high
电路中的 R s 为溶液阻抗，CPE 代表常相位原件。从 rate lithium[J]. Nano Research, 2014, 7(7): 1043-1053.
图 5 可看出，Li 4 Ti 4.9 Ni 0.1 O 12 的 R ct 和 R w 明显小于 [8] Zhu K X, Gao H Y, Hu G X, et al. Scalable synthesis ofhierarchical