王瑜东等：静电纺丝法制备空心钛酸锂材料 ·113· 用NOVA20O0e型比表面积测试仪测试样品粉 Ti0,和Li,TiO,的衍射峰，表明这些结晶相不形成或 末的比表面积，在P/P。(相对压力)为0.05~0.3的 以非晶结构氧化物分散在其中：从图2中可以看出 范围内，P。位标准压力，对钛酸锂材料进行比表面积 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料的主峰较尖锐， 测试. 表明空心钛酸锂材料的结晶性能良好 1.4电化学性能测试 用武汉蓝电测试系统测试纽扣电池的电化学性 HLTO 能.在电压范围为1~2.5V下，测试其在0.2、1、5、 10和20C下的实际比容量和20C下电池的循环 网积 性能. SLTO 用瑞士万通AUTOLAB电化学工作站测试其交 流阻抗谱(EIS),激励电压为10.0mV,频率范围为 JCPDS NO0.49-0207 100~0.0Hz.循环伏安曲线以0.05mV·s'的扫描 速度，1.0~2.5V的电压范围进行扫描. 20 40 60 80 209% 2结果与讨论 图2实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料的X射线衍射对比图 Fig.2 Comparison of XRD results of SLTO and HLTO 2.1相鉴定和形貌表征 为得到材料的品体结构，对实心钛酸锂材料和 图3是实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料的扫 空心钛酸锂材料进行X射线衍射测试，结果如图2 描电镜图.可以看出，通过静电纺丝制备出的实心 所示.实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料均出现非 钛酸锂材料和空心钛酸锂材料，二者直径均为100~ 常尖锐的衍射峰，证明经高温热处理后结晶相形成 200nm,且纤维丝表面具有大量的褶皱.这些褶皱 良好.空心钛酸锂材料衍射峰与钛酸锂标准衍射峰 进一步增加了钛酸锂纤维丝的比表面积，有助于电 (JCPDS卡No.490207)的强度和相对位置一致.X 池材料与电解液之间的充分接触，提升其充放电 射线衍射结果表明，没有检测到其他结晶相，如 性能 a 200nm 200nm 图3实心钛酸锂材料(a)和空心钛酸锂材料(b)的扫描电镜图 Fig.3 SEM images of SLTO (a)and HLTO (b) 用Tecnai G220透射电子显微镜进一步观测空 射测试相互对应. 心钛酸锂材料的内部形貌结构，如图4(a)和4(b) 比表面积测试结果如图5所示，在同一相对压 所示.从图4(a)中可以看出，纤维丝中间明显存在 力下空心钛酸锂材料的氨脱附值均比实心钛酸锂材 一条空心通道，直径约为40nm.在充放电时锂离子 料高.测试结果如表1，空心钛酸锂材料的比表面积 能够从材料内外两侧同时嵌入和脱出，将成倍地提 约为实心钛酸锂材料的1.3倍.较大的比表面积有 升锂离子的扩散效率，故理论上可以成倍地提高钛 利于电极材料和电解液的充分接触，能够有效的增 酸锂材料在高倍率下的充放电性能.图4(b)材料 加固液界面反应，对提高电池的电化学性能有较大 的高分辨图中，钛酸锂的晶格间距清晰可见，约为 帮助. 0.4728nm,表明材料的结品性能良好并与X射线衍王瑜东等: 静电纺丝法制备空心钛酸锂材料 用 NOVA 2000e 型比表面积测试仪测试样品粉 末的比表面积,在 P / P0 (相对压力)为 0郾 05 ~ 0郾 3 的 范围内,P0位标准压力,对钛酸锂材料进行比表面积 测试. 1郾 4 电化学性能测试 用武汉蓝电测试系统测试纽扣电池的电化学性 能. 在电压范围为 1 ~ 2郾 5 V 下,测试其在 0郾 2、1、5、 10 和 20C 下的实际比容量和 20C 下电池的循环 性能. 用瑞士万通 AUTOLAB 电化学工作站测试其交 流阻抗谱(EIS),激励电压为 10郾 0 mV,频率范围为 100 ~ 0郾 0 Hz. 循环伏安曲线以 0郾 05 mV·s - 1的扫描 速度,1郾 0 ~ 2郾 5 V 的电压范围进行扫描. 2 结果与讨论 2郾 1 相鉴定和形貌表征 为得到材料的晶体结构,对实心钛酸锂材料和 空心钛酸锂材料进行 X 射线衍射测试,结果如图 2 所示. 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料均出现非 常尖锐的衍射峰,证明经高温热处理后结晶相形成 良好. 空心钛酸锂材料衍射峰与钛酸锂标准衍射峰 (JCPDS 卡 No. 49鄄0207)的强度和相对位置一致. X 射线衍射结果表明,没有检测到其他结晶相,如 TiO2和 Li 2TiO3的衍射峰,表明这些结晶相不形成或 以非晶结构氧化物分散在其中;从图 2 中可以看出 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料的主峰较尖锐, 表明空心钛酸锂材料的结晶性能良好. 图 2 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料的 X 射线衍射对比图 Fig. 2 Comparison of XRD results of SLTO and HLTO 图 3 是实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料的扫 描电镜图. 可以看出,通过静电纺丝制备出的实心 钛酸锂材料和空心钛酸锂材料,二者直径均为100 ~ 200 nm,且纤维丝表面具有大量的褶皱. 这些褶皱 进一步增加了钛酸锂纤维丝的比表面积,有助于电 池材料与电解液之间的充分接触,提升其充放电 性能. 图 3 实心钛酸锂材料(a)和空心钛酸锂材料(b)的扫描电镜图 Fig. 3 SEM images of SLTO (a) and HLTO (b) 用 Tecnai G2 20 透射电子显微镜进一步观测空 心钛酸锂材料的内部形貌结构,如图 4(a)和 4( b) 所示. 从图 4(a)中可以看出,纤维丝中间明显存在 一条空心通道,直径约为 40 nm. 在充放电时锂离子 能够从材料内外两侧同时嵌入和脱出,将成倍地提 升锂离子的扩散效率,故理论上可以成倍地提高钛 酸锂材料在高倍率下的充放电性能. 图 4( b)材料 的高分辨图中,钛酸锂的晶格间距清晰可见,约为 0郾 4728 nm,表明材料的结晶性能良好并与 X 射线衍 射测试相互对应. 比表面积测试结果如图 5 所示,在同一相对压 力下空心钛酸锂材料的氮脱附值均比实心钛酸锂材 料高. 测试结果如表 1,空心钛酸锂材料的比表面积 约为实心钛酸锂材料的 1郾 3 倍. 较大的比表面积有 利于电极材料和电解液的充分接触,能够有效的增 加固液界面反应,对提高电池的电化学性能有较大 帮助. ·113·