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纳米二氧化钛对锰酸锂性能改进的研究

2020-06-29
以宣城晶瑞新材料生产的纳米二氧化钛(VK-TA18)为掺杂体,Mn2O3、和Li2CO3为原料采用固相法制备的LiMn2-xTix O4 (xO.1),具有单一相尖晶石结构,随掺纳米二氧化钛(VK-TA18)量的增大,晶胞体积增大 ?
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以宣城晶瑞新材料生产的纳米二氧化钛(VK-TA18)为掺杂体,Mn2O3、和Li2CO3为原料采用固相法制备的LiMn2-xTix O4 (x≤O.1),具有单一相尖晶石结构,随掺纳米二氧化钛(VK-TA18)量的增大,晶胞体积增大。适量的纳米二氧化钛(VK-TA18)掺杂提高了材料的首次放电比容量,掺杂纳米二氧化钛(VK-TA18)的量过大,材料的首次放电比容量降低。纳米二氧化钛(VK-TA18)的掺入细化了尖晶石颗粒,颗粒分散性提高,增强了Li+离子在固相中的扩散能力。掺纳米二氧化钛(VK-TA18)后材料的循环性能改善,电极反应的可逆性增强。21和55℃,1C倍率,LiMn1.995Ti0.005O4的首次放电比容量分别为100.74和102.05mAh/g,循环50周期容量保持率分别为94.12和88.82 。适量纳米二氧化钛(VK-TA18)掺杂能有效改善尖晶石LiMn2O4的容量衰减。



1正极材料LiMn2O4和LiMn2-x Ti x O4在21和55℃ ,电压区间3.O~4.2V,1c倍的条件下,掺钛量x=0.005的材料的首次放电比容量最大(21℃ :102.78mAh/g,55℃ :105.76mAh/g),超过了未掺杂的LiMn2O4的首次放电比容量(21℃ :100.08mAh/g,55℃ :101.82mAh/g)。掺钛量x=0.005的材料的晶胞体积适当增大,Li离子的扩散通道增大,更有利于Li 离子的脱嵌。首次放电比容量增大是充放电过程中电化学极化变小,Li 离子扩散能力增强的原因。随着掺钛量x的增大,21和55℃下材料的首次放电比容量均降低,这可能是随着钛掺杂量的增大降低了活性物质的含量,导致首次放电比容量下降。综上所述,钛掺杂量x=0.005的材料既具有较高的初始放电比容量又具有较好常温、高温循环性能,常、高温首次放电比容量分别为:100.74和102.05mAh/g,循环50周期容量保持率分别为94.12 和88.82 9,5,这可能和适当的晶胞体积,稳定的尖晶石结构有关。掺纳米二氧化钛(VK-TA18)后材料的晶胞体积增大,提高了Li 离子的扩散能力,在充放电过程中Li 离子的脱出和嵌入对扩散通道的影响较少,因此适量的Ti掺人对材料的循环性能有利。但掺杂纳米二氧化钛(VK-TA18)量过大,材料的晶胞体积过大,晶体内结合能减少,导致晶格畸变过大,破坏了晶格中离子的有序化,对扩散通道的形成不利,导致循环过程中容量衰减,循环性能变差。
所以纳米二氧化钛(VK-TA18)掺杂量x=0.005为最佳。


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