鈦摻雜對錳酸鋰LiMn₂O₄電化學性能的改進作用

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構，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）的摻入細化了尖晶石顆粒，顆粒分散性提高，增強了Li+離子在固相中的擴散能力。摻納米二氧化鈦（VK-TA18）后材料的循環性能改善，電極反應的可逆性增強。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增大，Li離子的擴散通道增大，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極化變小，Li 離子擴散能力增強的原因。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的含量，導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、高溫循環性能，常、高溫首次放電比容量分別為：100．74和102．05mAh／g，循環50周期容量保持率分別為94．12 和88．82 9，5，這可能和適當的晶胞體積，穩定的尖晶石結構有關。摻納米二氧化鈦（VK-TA18）后材料的晶胞體積增大，提高了Li 離子的擴散能力，在充放電過程中Li 離子的脫出和嵌入對擴散通道的影響較少，因此適量的Ti摻人對材料的循環性能有利。但摻雜納米二氧化鈦（VK-TA18）量過大，材料的晶胞體積過大，晶體內結合能減少，導致晶格畸變過大，破壞了晶格中離子的有序化，對擴散通道的形成不利，導致循環過程中容量衰減，循環性能變差。

所以納米二氧化鈦（VK-TA18）摻雜量x=0.005為最佳。