Page 164 - 《精细化工》2020年第3期

·582· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

段开始时都显示出有斜率的曲线，在 1.55 V 左右存 远小于直接合成的 Fe 3 O 4 纳米粒子（600~800 nm） [17-19] ，
在一个电压平台，且在放电开始和充电结束时又发 这说明与 Li 4 Ti 5 O 12 复合可以有效缓冲 Fe 3 O 4 纳米粒
生了电压的急剧上升/下降。而对于 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 子的体积膨胀，所以 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料具有
纳米复合材料，其容量急剧增加/减少之后对应的电 良好的循环性能。由库伦效率图（图 4a）可以看到，
压是连续变化的，因此电极的每个状态都对应于不 复合材料的效率曲线几乎处在 Li 4 Ti 5 O 12 和 Fe 3 O 4 中
同的电压。 间，说明 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料的库仑效率是由
Li 4 Ti 5 O 12 ，Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 和 Fe 3 O 4 在 1.0 C 倍 Li 4 Ti 5 O 12 和 Fe 3 O 4 的库伦效率提供，从上面 Li 4 Ti 5 O 12
率下的容量变化见图 4。 和 Fe 3 O 4 的放电机理中也可以看出，二者在放电过

程中几乎是互不干扰的。因此，Li 4 Ti 5 O 12 和 Fe 3 O 4
之间的相互作用可忽略不计。
Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料的倍率性
能如图 5 所示，分别在 0.5 C、1.0 C、2.0 C 和 5.0 C
电流密度下对复合材料和纯相 Li 4 Ti 5 O 12 进行充放电
测试，Li 4Ti 5O 12/Fe 3O 4 复合材料在 0.5 C、1.0 C、2.0 C
和 5.0 C 下的放电容量约为 450.6、430.2、357.0 和
300.5 mA·h/g。在 0.5 C 和 1.0 C 下的放电容量几乎
没有容量衰减，在 2.0 C 和 5.0 C 下的放电容量只有
轻微衰减，即使在 5.0 C 下，其放电容量也能达到
0.5 C 下放电容量的 66.7%。纯相 Li 4 Ti 5 O 12 具有相似
[3]
的倍率性能（理论容量为 175.0 mA·h/g ），在 5.0 C
的电流密度下，纯相 Li 4 Ti 5 O 12 的放电容量为 159.7
mA·h/g，是 0.5 C 下放电容量的 60.2%，两种材料在
不同电流密度下的容量与 0.5 C 下容量的比值见表 1
（以第二圈循环的容量设定为 100%）。如表 1 所示，
Li 4Ti 5O 12/Fe 3O 4 复合材料的倍率性能与纯相 Li 4Ti 5O 12
相当，并且在高电流密度下观察到 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4
复合材料的容量保留稍高，表明涂覆 Fe 3 O 4 纳米颗

粒后的复合材料比纯相 Li 4 Ti 5 O 12 具有更好的倍率
图 4 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料、纯 Li 4 Ti 5 O 12 和纯 Fe 3 O 4
的循环性能曲线（a）以及首圈放电曲线（b） 性能。
Fig. 4 (a) Cycle performance curves and (b) the first cycle
discharge curves of Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 composite,
pure Li 4 Ti 5 O 12 and pure Fe 3 O 4

从图 4 可以看出，Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料显示
出良好的循环性能，其首次放电比容量为 550.5
mA·h/g，在 100 次循环之后其放电比容量为 470.2
mA·h/g ，容量保持率约为 85.4% 。 同时，纯相
Li 4 Ti 5 O 12 也 显示出稳 定的放电 容量，大 约为
175.5 mA·h/g，而 Fe 3 O 4 的容量表现出严重的衰减，
从 1098.0 mA·h/g 降到 78.2 mA·h/g。虽然 Fe 3 O 4 第
一圈的放电容量高于 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料（图 图 5 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料和纯 Li 4 Ti 5 O 12 的倍率性能
Fig. 5 Rate performances of Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 composite
4b），但 Li 4 Ti 5 O 12 /Fe 3 O 4 复合材料的循环性能比 and pure Li 4 Ti 5 O 12 at 0.5 C,1.0 C,2.0 C and 5.0 C
Fe 3 O 4 好得多，而且 Li 4 Ti 5 O 12 / Fe 3 O 4 复合材料比
表 1 两种材料的倍率性能比较
Fe 3 O 4 纳米 粒子具有更 好的容量可 逆性。由于 Table 1 Comparison of rate performances for two materials
Li 4 Ti 5 O 12 的零应变特性，使其在 0~3.0 V 工作电压 0.5 C 1.0 C 2.0 C 5.0 C
材料
的充电/放电过程中仅发生轻微的体积变化，其可以 保持率/% 保持率/% 保持率/% 保持率/%
作为良好的基板防止 Fe 3 O 4 纳米粒子脱落。而且 钛酸锂 100.0 86.0 78.0 60.2
Li 4 Ti 5O 12 /Fe 3O 4 复合材料中 Fe 3O 4 的粒径（约 100 nm） 复合材料 100.0 95.5 79.2 66.7