1.合成方法

1.1 水熱法

水熱法避免了固相法高溫?zé)Y(jié)，具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)，與溶膠-凝膠法比，其工藝簡單，使其在工業(yè)應(yīng)用中具有很大優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)水熱法制備環(huán)境及反應(yīng)條件的控制，可以制備出納米片狀、花瓣?duì)?、介孔球型及鋸齒狀的小粒徑Li4Ti5O12。不同形貌的Li4Ti5O12，能夠在一定的程度上影響其電化學(xué)性能。

Liu 等采用微波輔助水熱法制備出納米花狀和納米顆粒Li4Ti5O12。結(jié)果表明: 納米花狀Li4Ti5O12相對(duì)于納米顆粒Li4Ti5O12具有較大的比表面積和較短的Li+擴(kuò)散路徑，因而具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。Lin等以異丙醇鈦和二水乙酸鋰為原料，炭黑為添加劑，采用水熱法合成介孔結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12。結(jié)果表明，介孔結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，在30C高倍率下可逆容量保持在0.5C的1/2左右。電化學(xué)性能改善與介孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，介孔結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12縮短了Li+的擴(kuò)散路徑，提升了材料的倍率性能。

水熱法雖然能夠制備出不同形貌的Li4 Ti5O12，但也存在一定的缺陷，如反應(yīng)需在密閉的容器中進(jìn)行，生長過程無法觀察；設(shè)備要求高(耐腐蝕的內(nèi)襯及耐高溫高壓的材) 、技術(shù)難度大(溫度需要嚴(yán)格控制)、成本高。因此，這方面需要進(jìn)一步改善。

1.2 模板法

模板法是制備納米級(jí)或者特殊形貌材料的一種常用的方法。模板法制備的Li4Ti5O12具有三維開孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其能被用于制備高容量的鋰離子電池電極材料。由于Li4Ti5O12具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可使比表面積大大增加，減少團(tuán)聚現(xiàn)象，提高能量密度。

Shen等使用多孔碳材料CMK-3 作為模板，成功制備了介孔Li4Ti5O12/C納米復(fù)合材料。結(jié)果表明，Li4Ti5O12/C與塊狀Li4Ti5O12相比，明顯改善了其電化學(xué)能。在20C下，經(jīng)過1000次循環(huán)后，容量保持率為94.4%。這歸因于導(dǎo)電碳的加入以及納米級(jí)介孔材料，從而提高了電子離子電導(dǎo)率。Yu等以二氧化硅為模板，通過水熱法合成了介孔鈦酸鋰空心球，樣品具有均一可調(diào)節(jié)厚度的介孔核殼結(jié)構(gòu)。在20C高倍率下，該材料依然具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

1.3 共沉淀法

采用共沉淀法制備Li4Ti5O12，實(shí)際上是指使Li和Ti在溶液中同時(shí)沉淀形成Li-Ti-O前驅(qū)體，再經(jīng)過高溫處理后得到樣品。工藝成本低，步驟簡單，但在沉淀過程中易造成Li-Ti-O 前驅(qū)體的不均勻，從而影響其性能。

Bai等采用共沉淀法制備了不同含量的釔摻雜的Li4Ti5O12(YLTO)，釔的摻雜提高了電子和離子導(dǎo)電性。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Y0.06LTO具有最佳的電化學(xué)性能，在10C和30C下的放電比容量分別為156.8mAh/g和138.3mAh/g，在10C下循環(huán)1800次后，容量保持率為90.12%。Zhang 等采用同樣的方法合成Li4Ti4.94Tb0.06O12。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Li4Ti4.94Tb0.06O12與純相Li4Ti5O12相比，倍率性能大大改善，在20C下首次放電比容量為166.2mAh/g，經(jīng)過500次循環(huán)后，保持率接近93%。

1.6 噴霧干燥法

作為一種材料制備的新型方法，噴霧干燥法是將原料溶液霧化，再在高溫干燥氣流中迅速失水，然后利用顆粒收縮過程的表面張力，從而獲得形貌一定、粒徑均一以及粒徑分布窄的細(xì)小顆粒。但設(shè)備要求較高，工藝較復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

Ju 等以二甲基乙酰胺(DMA)為干燥控制化學(xué)添加劑，通過噴霧熱解法制備出球形的Li4Ti5O12。結(jié)果表明，制備出的樣品具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。Wen 等以聚乙烯吡咯烷(PVP) 為模板，采用噴霧干燥法合成了球形Li4Ti5O12。結(jié)果表明，在950℃下煅燒24h即可獲得目標(biāo)產(chǎn)物，但放電比容量較低。通過對(duì)樣品分析，導(dǎo)致容量偏低的原因可能是以有機(jī)物作為模板，高溫分解出碳與氧氣反應(yīng)會(huì)形成還原性氣氛，在還原氣氛下一定量Ti4+將被還原成Ti3+，從而導(dǎo)致Li4Ti5O12充放電容量降低。因而，反應(yīng)氣氛不同，也會(huì)影響材料的電化學(xué)性能。

2.  改性研究

雖然Li4Ti5O12具有優(yōu)異的性能，但它屬于絕緣體材料，電導(dǎo)率低，在大電流充放電時(shí)，容易產(chǎn)生極化現(xiàn)象，導(dǎo)致其倍率性能差，阻礙了Li4Ti5O12的廣泛應(yīng)用。為了改善這些缺陷，常用的方法有材料納米化，引入高導(dǎo)電材料，碳包覆，離子摻雜等。

3.  結(jié)論

尖晶石型鈦酸鋰作為“零應(yīng)變”材料，其穩(wěn)定性好，安全性能高，在鋰離子電池負(fù)極材料中具有不可替代的作用。雖然其自身存在電子導(dǎo)電率低、高倍率性能容量衰減較快等題，阻礙了鈦酸鋰在鋰電池中的應(yīng)用。針對(duì)鈦酸鋰的不足之處，對(duì)其進(jìn)行摻雜改性，以提高鈦酸鋰的電化學(xué)性能?；阝佀徜嚨陌踩愿?、穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長和綠色環(huán)保等優(yōu)

點(diǎn)，使鈦酸鋰成為動(dòng)力及儲(chǔ)能鋰離子電池負(fù)極材料，并對(duì)其進(jìn)行研究將有著巨大的商業(yè)應(yīng)用前景。