Page 105 - 《精细化工》2020年第2期

第 2 期 刘晶丽，等: 以竹叶为碳源制备 Li 4 Ti 5 O 12 /C 复合材料 ·307·

制备了 LTO/C 纳米复合材料，在 20 C 倍率下，循 100 ℃下干燥 12 h，剪成碎片状置于浓度为 1 mol/L
环 1000 次后，比容量保持在 106.8 mA·h/g。JUNG HCl 中煮沸 4 h 去除金属杂质，处理后用去离子水
等 [14] 以沥青 为碳 源，采 用喷 雾干燥 法制 得 的 洗涤至中性。经干燥后，在氩气下，以 5 ℃/min 速
Li 4 Ti 5 O 12 /C 复合材料在 1 C 倍率下，循环 100 圈后， 率升温至 500 ℃，并在该温度下煅烧 2 h，800 ℃
仍有较高的放电比容量。但这些方法工艺复杂，生 煅烧 1 h，取出用质量分数为 5%的氢氟酸溶液浸泡
产成本高，不适合工业化生产，且电化学性能也还 1 h 以除去竹叶本身含有的质量分数约为 10%的
需提高。生物质碳材料具有天然的多孔结构，用其 SiO 2；调节 pH 至中性，经离心干燥得到竹炭 0.1274 g。
包覆 Li 4 Ti 5 O 12 ，不仅能提高 Li 4 Ti 5 O 12 的电子导电性， （3）Li 4 Ti 5 O 12 /C 的合成
还能有效增加复合材料与电解液接触面积，改善复 取 0.9410 g 上述第 1 步中 500 ℃预煅烧得到的
合材料的倍率性能 [15-18] 。 钛酸锂前驱体，与 0.0753 g 的竹炭研磨混合均匀，
基于生物质碳材料的这个特点，本文拟以竹炭 置于 750 ℃的氩气氛围煅烧 6 h，随炉冷却至室温，
为碳源，采用设备低廉、工艺简单的溶胶-凝胶和两 得到理论碳含量为 8%（以 Li 4 Ti 5 O 12 的质量为基准，
步煅烧法来制备碳包覆 Li 4 Ti 5 O 12 /C 复合材料，并探 下同）的 Li 4 Ti 5 O 12 /C 深灰色粉末 0.9406 g。
究碳层对 Li 4 Ti 5 O 12 微观结构和电化学性能影响，与 1.2.2 表征
未包覆的 Li 4 Ti 5 O 12 进行对比研究。 采用 X 射线衍射仪对所得产物的相组成和晶格
参数进行了表征，Cu K α 辐射（λ=0.154056 nm）；
1 实验部分 采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察样品的
形貌及微观结构。
1.1 试剂与仪器
1.2.3 电池的组装
醋酸锂、钛酸四丁酯，AR，上海阿拉丁生化科
将活性物质（Li 4 Ti 5 O 12 或 Li 4 Ti 5 O 12 /C）、导电剂
技股份有限公司；一水柠檬酸、无水乙醇，AR，成
乙炔黑、粘结剂 PVDF（0.025 g）按质量比 8∶1∶1
都金山化学试剂有限公司；乙炔黑、聚偏二氟乙烯 溶于 1.0 mL N-甲基吡咯烷酮中得到浆料，将浆料均
5
（PVDF，相对分子质量为 5.34×10 ）、N-甲基吡咯
匀涂布在 Cu 箔上，80 ℃下真空干燥 4 h，烘干后
烷酮、Cu 箔、锂片、微孔聚丙烯膜（celgard 2400）、
取出经压片裁剪为直径（d）=14 mm 电极片。以金
电解液（1 mol/L LiPF 6 ），电池级，山西力之源电池
属锂片为负极，微孔聚丙烯膜为隔膜，1 mol/L LiPF 6
材料有限公司。
〔V(碳酸乙烯酯，EC)：V(碳酸二乙酯，DMC)=1∶1〕
OTF-1200X 管式炉、KSL-1200X 高温马弗炉，
为电解液，在充满氩气的手套箱内组装成 CR2023
合肥科晶材料技术有限公司；D/max-3ⅢA 全自动 X
型纽扣电池。
射线衍射仪、S-3800N 型扫描电子显微镜，日本
1.3 电化学性能测试
Hitachi 公司；ZKX 型真空手套箱，米开罗那（中
进行电化学测试前需静置 12 h，采用电池性能
国）有限公司；CHI660E 型电化学工作站，上海辰
测试系统对电池进行恒流充放电测试，电压范围：
华仪器有限公司；BST-5V5mA 型电池性能测试系
1.0~2.5 V。采用电化学工作站进行电化学阻抗测试，
统，深圳市新威尔电子有限公司。
5
−2
频率范围：1.0×10 ~1.0×10 Hz，正弦波电流电压扰
1.2 实验方法
动信号振幅为 5 mV；循环伏安测试在 1.0~2.5 V 电
1.2.1 材料合成
压范围内进行，扫描速率为 0.1 mV/s。
（1）Li 4 Ti 5 O 12 的合成
称取 0.881 g（13.4 mmol）醋酸锂以及 2.161 g 2 结果与讨论
（10.3 mmol）一水柠檬酸分别溶于 15 mL 无水乙醇
中，移取 3.5 mL（10.3 mmol）钛酸四丁酯逐滴加入 2.1 XRD 分析
到醋酸锂乙醇溶液中，搅拌均匀后，将柠檬酸乙醇 图 1 是 Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的 XRD 谱图。
溶液快速倒入。35 ℃水浴下搅拌至白色凝胶状，将 由图 1 可见，Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 分别在
溶液放入 40 ℃烘箱内陈化 12 h，120 ℃烘箱内去除 2θ=18.3°、35.6°、43.2°、47.4°、57.2°、62.8°、66.1°、
溶剂 4 h，取出后研磨成粉。最后在氩气下，以 5 ℃ 74.3°、75.4°和 79.3°出现衍射峰，与尖晶石钛酸锂
/min 速率升温至 500 ℃，并在此温度预煅烧 4 h， 的标准卡片相吻合，分别对应于衍射晶面(111)、
接着 750 ℃下煅烧 6 h，随炉冷却至室温得到白色 (311)、(400)、(331)、(333)、(440)、(531)、(533)、

粉末 Li 4 Ti 5 O 12 0.9450 g。 (622)和(444) [19] 。Li 4 Ti 5 O 12 /C 没有杂峰且衍射峰位置
（2）竹炭制备 均未变化，说明竹炭的加入并没有改变钛酸锂的晶
竹叶采于校园内，称取 5 g 并用去离子水洗涤， 格结构。图中未出现碳的衍射峰，表明合成产物中