Page 107 - 《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 ·309·

Li 4 Ti 5 O 12 在相同倍率下的放电比容量分别为 163.7、 由图 6 可知，Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的循环伏
153.8、141.1、120.9、102.2 和 67.7 mA·h/g。随着 安曲线均由一对氧化还原峰组成。其中，Li 4 Ti 5 O 12 /C
倍率（ 0.5 C~20 C ）的逐步增大， Li 4 Ti 5 O 12 和 的氧化还原峰更为尖锐，峰更高，说明 Li 4 Ti 5 O 12 /C
+
Li 4 Ti 5 O 12 /C 放电比容量差距也逐渐增大，分别相差 复合材料的嵌脱锂速度更快，Li 的扩散系数更大，
38.7、40.0、44.9、58.8、68.0 和 71.8 mA·h/g。随着 具有更大的放电比容量。Li 4 Ti 5 O 12 /C 出峰位置分别
电流密度的增大，Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 都出现了 为 1.620 和 1.512 V，峰值电势差为 0.108 V。Li 4 Ti 5 O 12
不同程度的放电比容量衰减，到 20 C 倍率时， 出峰位置分别为 1.679 和 1.471 V，峰值电势差为
Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的容量保持率分别为 41.3% 0.208 V。相比之下，Li 4 Ti 5 O 12 /C 峰电势差更小，可
和 68.9%。当倍率再次回到 0.5 C 时，Li 4 Ti 5 O 12 /C 的 逆性更好，具有更好的循环性能。
放电比容量仍旧远高于 Li 4 Ti 5 O 12 ，可见 Li 4 Ti 5 O 12 /C 图 7 为 Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的交流阻抗及等
具有更好的倍率性能和可逆性。这是由于竹炭导电 效电路图。由图 7 可知，Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的
碳层覆盖及 Li 4 Ti 5 O 12 粒子的纳米化，有利于增加与 交流阻抗曲线均由 1 个中高频区的半圆和 1 个低频
+
电解液接触面积，缩短 Li 扩散途径，竹炭的孔隙结 区的斜线组成，中高频区代表电荷转移电阻（R ct ），
+
构也缩短了 Li 迁移路径，提高了材料的倍率性能。 反映法拉第动力学的快慢。低频斜线为 Warburg 阻
+
另外，Li 4Ti 5O 12/C 的放电比容量高于理论比容量（175 抗（R w ），代表 Li 在活性物质中的扩散能力。等效
mA·h/g），其原因是一定量竹炭的引入使材料产生缺 电路中的 R s 为溶液阻抗，CPE 代表常相位原件。
陷，从而具有更多的活性位点，这有利于增加 Li + Li 4 Ti 5 O 12 /C 的 R ct 和 R w 明显小于 Li 4 Ti 5 O 12 ，表明
+
的嵌入量，进而比容量增加。然而，竹炭的引入也 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的电荷迁移速率更高，更有利于 Li 的嵌
使其和电解液接触形成了 SEI 膜，消耗了一部分的 入和脱出，因此大倍率性能更加优异。
+
Li ，造成首次不可逆充放电比容量增加，所以图 5
中 Li 4 Ti 5 O 12 /C 首次循环容量下降较多。

图 7 Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的交流阻抗图
Fig. 7 AC impedance diagram of Li 4 Ti 5 O 12 and Li 4 Ti 5 O 12 /C

图 5 Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 在不同倍率下的循环曲线 3 结论
Fig. 5 Cycling performance curves of Li 4 Ti 5 O 12 and
Li 4 Ti 5 O 12 /C at different rates 采用竹炭作为碳源，碳包覆后制得的 Li 4Ti 5O 12 /C

图 6 为 Li 4Ti 5O 12 和 Li 4Ti 5O 12/C 的循环伏安曲线。 负极材料具有良好的结晶度，表面光滑，与 Li 4 Ti 5 O 12
相比，颗粒大小更加均匀，粒径为 200~300 nm，分散
性较好。在 10 C 倍率下，Li 4Ti 5O 12/C 的首次放电比容
量为 180.4 mA·h/g，循环 300 圈后仍有 167.5 mA·h/g
的放电比容量，容量保持率为 92.8%。Li 4 Ti 5 O 12 /C
在不同倍率下的放电比容量明显优于 Li 4 Ti 5 O 12 。与
Li 4 Ti 5 O 12 相比，Li 4 Ti 5 O 12 /C 具有更小的 R ct 和 R w。因
此，该复合材料具有更好的电化学性能。

参考文献：
[1] ZHANG E W, ZHANG H L. Hydrothermal synthesis of Li 4Ti 5O 12-
TiO 2 composites and Li 4Ti 5O 12 and their applications in lithium-ion

图 6 Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 4 Ti 5 O 12 /C 的循环伏安曲线 batteries[J]. Ceramics International, 2019, 45(6): 7419-7426.

Fig. 6 CV curves of Li 4 Ti 5 O 12 and Li 4 Ti 5 O 12 /C （下转第 322 页）