114. 工程科学学报，第41卷，第1期 (a) (b) 127.47nm 100nm 5 nm 图4空心结构钛酸锂的透射电镜图.(a)形貌图：(b)品格条纹图 Fig.4 TEM images of hollow lithium titanate:(a)topography;(b)lattice fringe patter 4.0 ◆一HLTO ·-HTO 35 ■一3 -SLTO 3.0 2.5 1.5 1.0 0.05 0.10 0.150.20 0.25 0.30 10 1.2141.61.82.02.22.4 PP。 电压N 图5实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料比体积对比图 图6实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料电池的循环伏安曲线 Fig.5 Specific volume curves of SLTO and HLTO Fig.6 Cyclic voltammetry curves of SLTO and HLTO 表1实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料比表面积值 表2实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料循环伏安对比 Table 1 Specific surface data of SLTO and HLTO Table 2 Comparison of cyclic voltammetries of SLTO and HLTO 样品种类 比表面积/八m2…g) 样品 9/W ./V (9.-9e)/mV 实心钛酸锂材料 8.502 空心钛酸锂材料 1.6229 1.5228 100.1 空心钛酸锂材料 11.156 实心钛酸锂材料 1.6376 1.5048 132.8 2.2电化学性能 锂的阻抗谱均是由一个半圆和一条近似45°的直线 图6为实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料电池 构成，高频区的半圆直径代表了电化学反应阻抗，而 在1~2.5V的电压范围内，以0.05mV·s-1的扫描 45°直线代表离子扩散为warburg扩散.R,代表溶液 速度测得的循环伏安曲线，两样品均出现一对尖锐 阻抗，R代表电化学反应阻抗，W代表扩散过程， 且可逆的氧化还原峰，表明电极反应具有良好的动 CPE代表常相元件，Nyquist阻抗谱是以虚部(Z")对 力学过程，P,和P。的峰电位分别代表氧化还原反应 阻抗实部(Z)做的图，是最常用的阻抗(Z)数据表 的脱锂和嵌锂电位.而阳极和阴极的电位差(P。一 示形式.由表3可以看出，空心钛酸锂材料和实心 ②)能够反映电化学反应的极化程度.从表2可以 钛酸锂材料电池的溶液电阻(R)基本相同：但空心 看出，空心钛酸锂材料的电位差小于实心钛酸锂材 钛酸锂材料电池的电化学反应阻抗远小于实心钛酸 料，表明空心结构增强了钛酸锂材料电化学反应的 锂材料电池，表明空心结构有效改善了钛酸锂纤维 可逆性，减少了电极极化 材料的内阻，有助于锂离子在电极材料中的传递. 图7是实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料电池 如图8(a)所示，由于空心钛酸锂材料和实心钛 经过充放电反应后，在100kHz~0.01Hz的频率范 酸锂材料本身是纳米材料，在低倍率下反应时间充 围内测得的交流阻抗曲线.空心和实心结构的钛酸 分，故其充放电性能较好，比容量均可达到170mA·工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 图 4 空心结构钛酸锂的透射电镜图. (a)形貌图;(b)晶格条纹图 Fig. 4 TEM images of hollow lithium titanate:(a)topography;(b)lattice fringe pattern 图 5 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料比体积对比图 Fig. 5 Specific volume curves of SLTO and HLTO 表 1 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料比表面积值 Table 1 Specific surface data of SLTO and HLTO 样品种类 比表面积/ (m 2·g - 1 ) 实心钛酸锂材料 8郾 502 空心钛酸锂材料 11郾 156 2郾 2 电化学性能 图 6 为实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料电池 在 1 ~ 2郾 5 V 的电压范围内,以 0郾 05 mV·s - 1的扫描 速度测得的循环伏安曲线,两样品均出现一对尖锐 且可逆的氧化还原峰,表明电极反应具有良好的动 力学过程,渍a和 渍c的峰电位分别代表氧化还原反应 的脱锂和嵌锂电位. 而阳极和阴极的电位差(渍a - 渍c)能够反映电化学反应的极化程度. 从表 2 可以 看出,空心钛酸锂材料的电位差小于实心钛酸锂材 料,表明空心结构增强了钛酸锂材料电化学反应的 可逆性,减少了电极极化. 图 7 是实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料电池 经过充放电反应后,在 100 kHz ~ 0郾 01 Hz 的频率范 围内测得的交流阻抗曲线. 空心和实心结构的钛酸 图 6 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料电池的循环伏安曲线 Fig. 6 Cyclic voltammetry curves of SLTO and HLTO 表 2 实心钛酸锂材料和空心钛酸锂材料循环伏安对比 Table 2 Comparison of cyclic voltammetries of SLTO and HLTO 样品 渍a / V 渍c / V (渍a - 渍c) / mV 空心钛酸锂材料 1郾 6229 1郾 5228 100郾 1 实心钛酸锂材料 1郾 6376 1郾 5048 132郾 8 锂的阻抗谱均是由一个半圆和一条近似 45毅的直线 构成,高频区的半圆直径代表了电化学反应阻抗,而 45毅直线代表离子扩散为 warburg 扩散. Rs代表溶液 阻抗,Rct 代表电化学反应阻抗,W 代表扩散过程, CPE 代表常相元件,Nyquist 阻抗谱是以虚部(Z义)对 阻抗实部(Z忆)做的图,是最常用的阻抗(Z)数据表 示形式. 由表 3 可以看出,空心钛酸锂材料和实心 钛酸锂材料电池的溶液电阻(Rs)基本相同;但空心 钛酸锂材料电池的电化学反应阻抗远小于实心钛酸 锂材料电池,表明空心结构有效改善了钛酸锂纤维 材料的内阻,有助于锂离子在电极材料中的传递. 如图 8(a)所示,由于空心钛酸锂材料和实心钛 酸锂材料本身是纳米材料,在低倍率下反应时间充 分,故其充放电性能较好,比容量均可达到 170 mA· ·114·