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鈦摻雜對錳酸鋰LiMn2O4電化學性

鉅大LARGE  |  點擊量:1079次  |  2019年08月12日  

鈦摻雜對錳酸鋰LiMn2O4電化學性能的改進作用

以納米二氧化鈦(VK-TA18)為摻雜體,Mn2O3、和Li2CO3為原料采用固相法制備的LiMn2-xTIxO4(x≤O.1),具有單一相尖晶石結構,隨摻納米二氧化鈦(VK-TA18)量的增大,晶胞體積增大。適量的納米二氧化鈦(VK-TA18)摻雜提高了材料的首次放電比容量,摻雜納米二氧化鈦(VK-TA18)的量過大,材料的首次放電比容量降低。納米二氧化鈦(VK-TA18)的摻入細化了尖晶石顆粒,顆粒分散性提高,增強了Li+離子在固相中的擴散能力。摻納米二氧化鈦(VK-TA18)后材料的循環性能改善,電極反應的可逆性增強。21和55℃,1C倍率,LiMn1.995TI0.005O4的首次放電比容量分別為100.74和102.05mAh/g,循環50周期容量保持率分別為94.12和88.82。適量納米二氧化鈦(VK-TA18)摻雜能有效改善尖晶石LiMn2O4的容量衰減。

正極材料LiMn2O4和LiMn2-xTIxO4在21和55℃,電壓區間3.O~4.2V,1c倍的條件下,摻鈦量x=0.005的材料的首次放電比容量最大(21℃:102.78mAh/g,55℃:105.76mAh/g),超過了未摻雜的LiMn2O4的首次放電比容量(21℃:100.08mAh/g,55℃:101.82mAh/g)。摻鈦量x=0.005的材料的晶胞體積適當增大,Li離子的擴散通道增大,更有利于Li離子的脫嵌。首次放電比容量增大是充放電過程中電化學極化變小,Li離子擴散能力增強的原因。隨著摻鈦量x的增大,21和55℃下材料的首次放電比容量均降低,這可能是隨著鈦摻雜量的增大降低了活性物質的含量,導致首次放電比容量下降。綜上所述,鈦摻雜量x=0.005的材料既具有較高的初始放電比容量又具有較好常溫、高溫循環性能,常、高溫首次放電比容量分別為:100.74和102.05mAh/g,循環50周期容量保持率分別為94.12和88.829,5,這可能和適當的晶胞體積,穩定的尖晶石結構有關。摻納米二氧化鈦(VK-TA18)后材料的晶胞體積增大,提高了Li離子的擴散能力,在充放電過程中Li離子的脫出和嵌入對擴散通道的影響較少,因此適量的TI摻人對材料的循環性能有利。但摻雜納米二氧化鈦(VK-TA18)量過大,材料的晶胞體積過大,晶體內結合能減少,導致晶格畸變過大,破壞了晶格中離子的有序化,對擴散通道的形成不利,導致循環過程中容量衰減,循環性能變差。

所以納米二氧化鈦(VK-TA18)摻雜量x=0.005為最佳。


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