金屬離子摻雜Li2Na2Ti6O14的合成及其儲(chǔ)能性質(zhì)研究.pdf

1、本文采用簡(jiǎn)單固相法在800℃下合成了 Li2-xNa2+xTi6O14、Li2-xMgxNa2Ti6O14和 Li2-xAlxNa2Ti6O14(0.0≤x≤0.2)系列材料用于鋰離子電池負(fù)極材料。對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)和形貌特征進(jìn)行了分析表征，同時(shí)進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試及分析，研究了材料在電化學(xué)反應(yīng)過程中的脫嵌鋰機(jī)理和動(dòng)力學(xué)過程。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如下：
　　首先，XRD表征結(jié)果顯示，所有金屬離子摻雜樣品的XRD曲線都與純相Li2Na2Ti6O1

2、4樣品的XRD曲線吻合，且沒有發(fā)現(xiàn)雜峰，說明微量金屬離子摻雜并沒有改變 Li2Na2Ti6O14的基本晶體結(jié)構(gòu)。SEM表征結(jié)果顯示所有樣品均表面光滑、結(jié)晶度良好，尺寸均勻分布在100-300 nm之間。XPS表征和粉末精修結(jié)果都證明金屬離子成功引入了 Li2Na2Ti6O14晶體中的Li位。
　　其次，Na+摻雜 Li2Na2Ti6O14的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示 Li1.95Na2.05Ti6O14擁有最高的可逆比容量和最好的倍率性能

3、。與其他四個(gè)樣品相比，Li1.95Na2.05Ti6O14在電流密度為200、300和400 mA g-1處的充電比容量分別是221.1、211.9和198.7 mAh g-1，表現(xiàn)出了更加優(yōu)秀的倍率性能。交流阻抗測(cè)試證明 Na+摻雜的Li2Na2Ti6O14樣品儲(chǔ)鋰性能的提高是因?yàn)殡x子傳導(dǎo)速率的提高和 Li位的Li+部分被 Na+取代后降低了氧化還原極化率。原位 XRD測(cè)試中 Li1.95Na2.05Ti6O14樣品結(jié)構(gòu)的可逆變化證明

4、了該材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高度可逆性有利于其儲(chǔ)鋰。
　　再次，Mg2+摻雜 Li2Na2Ti6O14的電化學(xué)測(cè)試表明 Li1.95Mg0.05Na2Ti6O14樣品表現(xiàn)出最好的循環(huán)性能和最高的可逆比容量，即便在電流密度為500 mA g-1的條件下，經(jīng)過100周充放電測(cè)試后，其可逆比容量還有167.4 mAh g-1。上述電化學(xué)性能的提高得益于 Mg2+的摻雜提高了離子或電子的傳導(dǎo)率。原位 XRD技術(shù)研究了 Li1.95Mg0.05N

5、a2Ti6O14樣品的脫嵌鋰機(jī)理，得出在放電過程中，Li+能夠依次占據(jù) Li1.95Mg0.05Na2Ti6O14晶體結(jié)構(gòu)中的8e、4b和4a位，在充電過程中，Li+依次按4a、4b和8e的順序從晶體中脫離出來。
　　最后，Al3+摻雜 Li2Na2Ti6O14的電化學(xué)表征結(jié)果給出 Li1.95Al0.05Na2Ti6O14在所有樣品中擁有最高的Li+擴(kuò)散系數(shù)和最低的電化學(xué)阻抗，因此也擁有最好的循環(huán)性能和倍率性能（在電流密度為10