钛掺杂对锰酸锂LiMn2O4电化学性能的改进作用

钛掺杂对锰酸锂LiMn₂O₄电化学性能的改进作用

以纳米二氧化钛（VK-TA18）为掺杂体，Mn₂O₃、和Li2CO3为原料采用固相法制备的LiMn_2-xTi_x 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，LiMn_1.995Ti_0.005O₄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。

正极材料LiMn₂O₄和LiMn_2-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。