鈦摻雜對錳酸鋰LiMn₂O₄電化學(xué)性能的改進(jìn)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LiMn_2-xTi_x O₄ (x≤O．1)，具有單一相尖晶石結(jié)構(gòu)，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(xì)化了尖晶石顆粒，顆粒分散性提高，增強(qiáng)了Li+離子在固相中的擴(kuò)散能力。摻納米二氧化鈦（VK-TA18）后材料的循環(huán)性能改善，電極反應(yīng)的可逆性增強(qiáng)。21和55℃，1C倍率，LiMn_1.995Ti_0.005O₄的首次放電比容量分別為100.74和102.05mAh／g，循環(huán)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LiMn_2-x Ti _x O₄在21和55℃ ，電壓區(qū)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(dāng)增大，Li離子的擴(kuò)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(xué)極化變小，Li 離子擴(kuò)散能力增強(qiáng)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(zhì)的含量，導(dǎo)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(huán)性能，常、高溫首次放電比容量分別為：100．74和102．05mAh／g，循環(huán)50周期容量保持率分別為94．12 和88．82 9，5，這可能和適當(dāng)?shù)木Оw積，穩(wěn)定的尖晶石結(jié)構(gòu)有關(guān)。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(kuò)散能力，在充放電過程中Li 離子的脫出和嵌入對擴(kuò)散通道的影響較少，因此適量的Ti摻人對材料的循環(huán)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(nèi)結(jié)合能減少，導(dǎo)致晶格畸變過大，破壞了晶格中離子的有序化，對擴(kuò)散通道的形成不利，導(dǎo)致循環(huán)過程中容量衰減，循環(huán)性能變差。

所以納米二氧化鈦（VK-TA18）摻雜量x=0.005為最佳。