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鑒于采用水溶液電解質(zhì),水系鋰離子電池具有高安全性、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點,已表明是非常有應(yīng)用場景的新一代儲能電池。然而,開發(fā)具有適宜電極電位和高穩(wěn)定性水系鋰離子電池負(fù)極材料成為該類電池廣泛推廣應(yīng)用的難點。
基于以上考慮,本研究采用了一種簡易的兩步法工藝(固相反應(yīng)和聚多巴胺包覆)成功制備了一種高倍率性能、高穩(wěn)定性的具有核殼結(jié)構(gòu)的LiTi2(PO4)3/C負(fù)極材料。如(圖1)所示,首選將納米-TiO2、Li2CO3、NH4H2PO4前驅(qū)體粉體和~5%的葡萄糖(全方位行星球磨機+高純瑪瑙球磨罐+瑪瑙球)球磨混合(公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速220轉(zhuǎn)/分,混合1.5h)均勻后經(jīng)惰性氣氛下900℃煅燒12h(見圖一),
形成~200nm結(jié)晶性良好的LiTi2(PO4)3晶體顆粒;然后,將制備好的LiTi2(PO4)3顆粒均勻分散在具有弱堿性的多巴胺(DA)溶液中,均勻攪拌24h,使多巴胺生成聚多巴胺,利用聚多巴胺(PDA)的粘附效應(yīng),不僅使一些LiTi2(PO4)3顆粒團聚在一起,而卻在團聚表面均勻包覆一層粘附層;最后,將聚多巴胺包覆后的LiTi2(PO4)3在惰性氣氛下800℃煅燒4h,得到表面包覆了一層均勻的碳層的LiTi2(PO4)3/C負(fù)極材料,如圖1b所示。該碳層不僅提高了其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以,LiTi2(PO4)3/C負(fù)極在1C下的放電比容量約為120mAh g-1,循環(huán)200次之后的容量保持率高達(dá)86%;并且隨充放電電流從0.5C增至10C,LiTi2(PO4)3/C負(fù)極的放電比容量僅衰減了17mAh g-1。以上數(shù)據(jù)充分表明,本研究所制備的LiTi2(PO4)3/C負(fù)極具有高倍率性能和高循環(huán)穩(wěn)定性,有望作為負(fù)極材料推廣應(yīng)用于新一代的水系鋰離子電池。
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