溶胶⁃凝胶法合成钛酸锌锂负极材料

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2024.01.004

摘要/Abstract

摘要：

以溶胶?凝胶法制备锂离子电池Li₂ZnTi₃O₈（LZTO）负极材料，考察退火温度和退火时间对LZTO电化学性能的影响，得到了最佳工艺条件：退火温度为700 ℃，退火时间为3 h。在最佳工艺条件下制备的LZTO中添加络合剂柠檬酸进行了改性。结果表明，当金属离子与柠檬酸的物质的量比为2.00∶1.50时，制备的样品LZTO?2/1.50颗粒小、分散均匀，表现出良好的电化学性能；当电流密度为0.5 A/g时，恒流充放电300次后放电比容量为203.6 mA·h/g。

关键词: 钛酸锌锂, 溶胶?凝胶法, 柠檬酸, 电化学性能, 负极材料

Abstract:

Li₂ZnTi₃O₈ (LZTO) anodes of lithium?ion batteries have been prepared by a sol?gel method. The effects of the calcination temperature and time on the electrochemical performance have been studied for LZTO in detailed. The optimum calcination temperature and time are 700 ℃ and 3 h, respectively. On the basis of the optimum preparation process, citric acid as the chelating agent has been introduced into the synthesis to modify LZTO. When the molar ratio of metal ions to citric acid is 2.00∶1.50, the obtained product is denoted as LZTO?2/1.50, which has small particle size, good dispersion, and then shows good electrochemical performance. The discharge specific capacity is 203.6 mA·h/g after 300 cycles at the current density of 0.5 A /g for LZTO?2/1.50.

Key words: Lithium zinc titanate, Sol?gel method, Citric acid, Electrochemical performance, Anode material

中图分类号:

TQ15

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图/表 15

图1 不同退火温度下制备的LZTO样品的循环性能

Fig.1 Cycling performance of LZTOanodes synthesized at different calcination temperatures

图2 700 ℃退火样品在0.5 A/g下的循环性能及库伦效率

Fig.2 Cycling performance and coulombic efficiency of LZTOanode synthesized at 700 ℃ at 0.5 A/g

图3 不同退火温度下制备样品的首次CV曲线

Fig.3 CV curves of LZTOanodes synthesized at different calcination temperatures for the first cycle

图4 不同退火时间下制备的LZTO样品的循环性能

Fig.4 Cycling performance of LZTOanodes synthesized at different calcination times

图5 不同退火时间下制备的LZTO样品的倍率性能

Fig.5 Rate capability of LZTOanodes synthesized at different calcination times

图6 不同退火时间制备的LZTO在循环前的交流阻抗图谱

Fig.6 EIS spectra before cycling for LZTOanodes synthesized at different calcination times

图7 700 ℃退火3 h的LZTO的CV曲线

Fig.7 CV curves of LZTO anode sintering at 700 ℃ for 3 h

图8 用不同物质的量的柠檬酸改性的LZTO样品的循环性能曲线

Fig.8 Cycling performance of LZTOanodes using different amount of citric acid substance

表1 LZTO以及与LZTO材料结构类似负极的循环性能

Table 1 Cycling performance of LZTO and other anodes with the similar structures to LZTO

材料	电流密度/（A·g^-1）	循环次数	放电比容量/（mA·h·g^-1）	文献
Li₂Mg_0.5Zn_0.5Ti₃O₈	0.1	100	220.0	[25]
Li₂Co_0.5Cu_0.5Ti₃O₈	0.1	50	98.0	[26]
Li₂MnTi₃O₈	0.1	50	215.2	[12]
f⁃LZTO	0.1	100	192.0	[27]
f⁃Li₂CoTi₃O₈	0.1	100	201.0	[27]
Li₂CoTi₃O₈纳米线	0.1	90	230.0	[28]
LZTO	0.1	100	168.5	[29]
LZTO	0.5	100	137.4	[30]
LZTO⁃2/1.50	0.1	100	233.6	本文
LZTO⁃2/1.50	0.5	300	200.0	本文

图9 用不同物质的量的柠檬酸改性的LZTO样品循环前的交流阻抗图谱

Fig.9 EIS spectra before cycling for LZTOanodes using different amount of citric acid substance

图10 用不同物质的量的柠檬酸改性的LZTO样品首圈循环伏安曲线

Fig.10 CV curves of LZTOanodes using different amount of citric acid substance at the 1st cycle

表2 用不同物质的量的柠檬酸改性的LZTO样品的氧化还原峰电势及电势差

Table 2 Redox peak potential and potential difference of LZTOanodes using different amount of citric acid substance

样品

氧化峰

电势/V

还原峰

电势/V

图11 原始样品（P?LZTO）和改性样品的X?射线衍射图

Fig.11 XRD patterns of pristine LZTO and modified LZTO

图12 在不同放大倍率下P?LZTO和LZTO?2/1.50样品的SEM图

Fig.12 SEM images at different magnification for P?LZTO and LZTO?2/1.50 samples

图13 P?LZTO和LZTO?2/1.50样品的粒径分布

Fig.13 Particle size distribution of P?LZTO and LZTO?2/1.50 samples

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