Sol-gel法制备的LiTi 2-x Mn x （PO 4 ） 3 @C复合纳米材料及其储锂性能

发布时间：2021-06-27 07:47

　　通过简单的溶胶-凝胶方法成功合成一系列Nasicon型LiTi_2-xMn_x（PO₄）₃@C（x=0.02,0.05,0.08和0.1）。掺入异价元素锰增大了LiTi₂（PO₄）₃的晶格参数,从而扩大Li⁺的传输通道,并降低了电化学阻抗。同时材料的表面包覆均匀的导电碳层以提高电子的传输速率。所有复合材料通过粉末X射线衍射仪及透射电子显微镜进行表征。LiTi_1.92Mn_0.08（PO₄）₃@C作为锂离子电池正极材料表现出最佳的电化学性能。在0.1C倍率下,电池循环150次后放电容量高达145 mAh·g^-1,增大至5C倍率下首次充放电达到132mAh·g^-1。优异的电化学性能可归因于掺杂提高了锂离子扩散系数及包覆碳材料降低了传荷阻抗。 

【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(04)北大核心SCICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

样品Li Ti2-xMnx(PO4)3@C的XRD图

图2所示的是LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.02、0.05、0.08和0.1)样品的透射电子显微镜(TEM)照片。当x=0.02时，样品由不规则的纳米颗粒组装成直径为50 nm左右的纳米球。由于纳米球的表面能较大，有部分的团聚现象。随着锰的掺杂量提高，样品的形貌基本保持不变，均为纳米球状结构，并且平均尺寸在50 nm左右。因为4个LiTi2-xMnx(PO4)3@C样品有相似的结晶度，形状和尺寸，我们以LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08)为例，通过高分辨透射图可以看到清晰的晶格条纹(如图2E所示)，并且无定型碳均匀的包覆在晶体的表面，厚度为2～4 nm，为电子在各个纳米颗粒之间移动提供了良好的导电通道。从热重数据上分析(图2F),300℃附近出现增重现象，可能是由于此温度下样品开始部分分解，生成了锂、钛、锰及磷的氧化物，产生了轻微的增重现象，300℃后碳开始分解，出现失重现象。可以计算出LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08)复合材料的碳含量为14.4%(w/w)。如图3所示，我们以LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08)为例，对Mn元素进行了XPS精细谱表征，1号峰位置641.2 e V指标为Mn2+的2p3/2峰，2号峰为Mn2+2p3/2的卫星峰，3号峰位置652.6 e V指标为Mn2+的2p1/2峰，4号峰为Mn2+2p1/2的卫星峰，说明本材料中所掺杂的Mn为+2价。图3 Mn元素的XPS精细谱

图2 样品(A)Li Ti2-xMnx(PO4)3@C(x=0.02),(B)Li Ti2-xMnx(PO4)3@C(x=0.05),(C)Li Ti2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08),(D)Li Ti2-xMnx(PO4)3@C(x=0.1)的TEM照片,Li Ti2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08)的(E)HRTEM照片及(F)热重曲线2.3 锂离子电池充放电曲线及循环伏安曲线


本文编号：3252439