通過簡單的溶膠-凝膠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）。摻入異價元素錳增大了LiTi₂（PO₄）₃的晶格參數(shù),從而擴(kuò)大Li⁺的傳輸通道,并降低了電化學(xué)阻抗。同時材料的表面包覆均勻的導(dǎo)電碳層以提高電子的傳輸速率。所有復(fù)合材料通過粉末X射線衍射儀及透射電子顯微鏡進(jìn)行表征。LiTi_1.92Mn_0.08（PO₄）₃@C作為鋰離子電池正極材料表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能。在0.1C倍率下,電池循環(huán)150次后放電容量高達(dá)145 mAh·g^-1,增大至5C倍率下首次充放電達(dá)到132mAh·g^-1。優(yōu)異的電化學(xué)性能可歸因于摻雜提高了鋰離子擴(kuò)散系數(shù)及包覆碳材料降低了傳荷阻抗。 

【文章來源】：無機(jī)化學(xué)學(xué)報. 2020,36(04)北大核心SCICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

樣品Li Ti2-xMnx(PO4)3@C的XRD圖

圖2所示的是LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.02、0.05、0.08和0.1)樣品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。當(dāng)x=0.02時，樣品由不規(guī)則的納米顆粒組裝成直徑為50 nm左右的納米球。由于納米球的表面能較大，有部分的團(tuán)聚現(xiàn)象。隨著錳的摻雜量提高，樣品的形貌基本保持不變，均為納米球狀結(jié)構(gòu)，并且平均尺寸在50 nm左右。因為4個LiTi2-xMnx(PO4)3@C樣品有相似的結(jié)晶度，形狀和尺寸，我們以LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08)為例，通過高分辨透射圖可以看到清晰的晶格條紋(如圖2E所示)，并且無定型碳均勻的包覆在晶體的表面，厚度為2～4 nm，為電子在各個納米顆粒之間移動提供了良好的導(dǎo)電通道。從熱重數(shù)據(jù)上分析(圖2F),300℃附近出現(xiàn)增重現(xiàn)象，可能是由于此溫度下樣品開始部分分解，生成了鋰、鈦、錳及磷的氧化物，產(chǎn)生了輕微的增重現(xiàn)象，300℃后碳開始分解，出現(xiàn)失重現(xiàn)象�？梢杂嬎愠鯨iTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08)復(fù)合材料的碳含量為14.4%(w/w)。如圖3所示，我們以LiTi2-xMnx(PO4)3@C(x=0.08)為例，對Mn元素進(jìn)行了XPS精細(xì)譜表征，1號峰位置641.2 e V指標(biāo)為Mn2+的2p3/2峰，2號峰為Mn2+2p3/2的衛(wèi)星峰，3號峰位置652.6 e V指標(biāo)為Mn2+的2p1/2峰，4號峰為Mn2+2p1/2的衛(wèi)星峰，說明本材料中所摻雜的Mn為+2價。圖3 Mn元素的XPS精細(xì)譜

圖2 樣品(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)熱重曲線2.3 鋰離子電池充放電曲線及循環(huán)伏安曲線


本文編號：3252439