锂离子电池负极材料钛酸锂的研究评述(2)

4 Li4Ti5O12及其掺杂化合物的第一性原理计算

目前,关于Li4Ti5O12及其掺杂化合物的第一性原理计算报道较少。Liu 等人利用第一性原理计算研究了阳离子掺杂对Li4Ti5O12电子电导率的影响，研究表明，Fe、Ni 掺杂不能提高Li4Ti5O12电子电导率，Cr、Mg 的掺杂可以提高Li4Ti5O12电子电导率。Ouyang 等人采用密度泛函平面波赝势方法对Li4Ti5O12的结构和电子性能进行了计算，结果表明：在锂离子嵌入过程中，Li4Ti5O12的体积和Gibbs 自由能变化比LiMeO2和LiMn2O4小，锂离子嵌入后，Ti 的d 轨道被部分填充，其电子结构呈现金属性。Zhong等研究认为, Li4Ti5O12不但可以锂化为Li7Ti5O12， 亦可以锂化为Li8.5Ti5O12，后者是前者理论容量的1.5 倍。

5 结束语 222 2

尖晶石Li4Ti5O12是一种“零应变”插入材料，它以优良的循环性能和极其稳定的结构而广受关注。另外。开发混合动力汽车动力锂离子电池的主要技术瓶颈是倍率性能和安全性。日本东芝公司报导了内部短路对锂离子电池造成的安全隐患，提出使用Li4Ti5O12负极可降低内部短路的安全隐患。用Li4Ti5O12设计的混合动力汽车动力锂离子电池， 体积可小于用碳负极设计的电池， 降低了电池的成本。与碳负极材料相比，Li4Ti5O12的电化学稳定性和安全性很好，因此，它已成为设计混合动力汽车动力电池的热门对象。但是，目前仅仅美国、日本等少数企业可以批量生产Li4Ti5O12电极材料，国内年供应量和使用量明显不足。在动力电池这一全球瞩目的领域， 锂离子电池的高倍率工作特性是决定其能否获得商业化应用的关键因素之一。较低的高倍率性能是影响Li4Ti5O12作为负极材料的发展的瓶颈，因此如何提高Li4Ti5O12的高倍率性能成为目前人们关注的热点之一