富锂锰基正极材料 Li[Li0.2 Ni0.2 Mn0.6 ]O2的纳米 TiO2 掺杂改性

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2017.10.006

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2017, Vol. 45 ›› Issue (10): 39-45.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2017.10.006

富锂锰基正极材料 Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.6 ]O₂的纳米 TiO₂掺杂改性

王伟刚¹ 胡国荣¹ 周兴华² 彭忠东¹ 杜柯^1†

1．中南大学冶金与环境学院，湖南长沙 410083; 2．湖南晟通科技集团有限公司，湖南长沙 410200

收稿日期:2017-02-24 修回日期:2017-04-25 出版日期:2017-10-25 发布日期:2017-09-01
通信作者: 杜柯(1976-)，男，博士，副教授，主要从事锂离子电池正极材料、有色金属的分离利用研究． E-mail:duke22@csu.edu.cn
作者简介:王伟刚(1986-)，男，博士，主要从事锂离子电池正极材料研究． E-mail:229904665@ qq．com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51602352)

Modification of Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.6 ]O₂Cathode Materials by Means of Nano-TiO₂Doping

WANG Wei-gang¹HU Guo-rong¹ ZHOU Xing-hua² PENG Zhong-dong¹ DU Ke¹

1.School of Metallurgy and Environment,Central South University,Changsha 410083,Hunan,China; 2.SNTO Technology Group Co.Ltd.of Hunan,Changsha 410200,Hunan,China

Received:2017-02-24 Revised:2017-04-25 Online:2017-10-25 Published:2017-09-01
Contact: 杜柯(1976-)，男，博士，副教授，主要从事锂离子电池正极材料、有色金属的分离利用研究． E-mail:duke22@csu.edu.cn
About author:王伟刚(1986-)，男，博士，主要从事锂离子电池正极材料研究． E-mail:229904665@ qq．com
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China(51602352)

摘要/Abstract

摘要： 将共沉淀法制得的碳酸盐前躯体 Mn_0.75 Ni_0.25CO₃与 Li₂ CO₃以及不同量的纳米TiO₂ 均匀混合，并在 900 ℃ 下烧结 10 h 得到 Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.6-X Ti_X]O₂( x = 0. 00，0． 01，0． 02，0． 05，0． 10) 正极材料，ICP( 感应耦合等离子体) 分析表明制备的材料组分基本符合最初的设计．通过 X 射线衍射( XRD) 和扫描电子显微镜( SEM) 表征发现，掺杂量达到一定程度时会改变基体材料的结构并对微观颗粒起到分散作用．电化学测试结果表明: Ti掺杂量为 0． 02 的材料具有最佳的电化学性能: 0． 1C 倍率下循环 30 次时量没有任何衰减; 其在各倍率下的放电比容量较未掺杂材料均有 7 ～13mAh/g 的提升;0． 1C 倍率下 30 次循环的中值电压衰减为 0． 08mV． EIS( 电化学阻抗谱) 测试结果表明 Ti 掺杂量为 0． 02 的材料性能的提高可能来自于 Ti 掺杂对材料结构稳定性的改善．

关键词: 锂离子电池, 富锂锰基固溶体, Ti 掺杂, 电化学性能

Abstract: The Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.6-X Ti_X]O₂(x =0. 00，0. 01,0. 02,0. 05 and 0. 10) cathode materials were pre- pared by uniformly mixing the carbonate precursor Mn_0.75 Ni_0.25CO₃ obtained by means of the co-precipitation meth- od,Li₂ CO₃and different amounts of nano-TiO₂ and then sintering them under 900℃ for 10h.The ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis indicates that the components of the prepared materials accord well with the initial de- sign.By means of XRD and SEM,it is found that,when the doping amount of Ti 4 + reaches up to a certain degree,the structure of the pristine material is changed and the micro particles are refined.The results of electrochemical tests show that,when the doping amount of Ti is 0. 02,the doped material exhibits an optimal electrochemical per- formance: specifically,the capacity still keeps constant and the mean voltage fading decreases to 0. 08 mV after 30 cycles at 0. 1C rate.In addition,the discharge capacities of the doped material at various rates increase by 7 ～ 13mAh/g in comparison with that of the material before the doping． EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) tests demonstrate that the electrochemical performance improvement of the Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.58 Ti_0.02 ]O₂ may be at- tributed to the improvement of the material structure stability by means of the Ti doping.

Key words: lithium ion battery, over-lithiuated oxide, Ti doping, electrochemical performance

中图分类号:

TM912.9

王伟刚胡国荣周兴华彭忠东杜柯. 富锂锰基正极材料 Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.6 ]O₂的纳米 TiO₂掺杂改性[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2017, 45(10): 39-45.

WANG Wei-gang HU Guo-rong ZHOU Xing-hua PENG Zhong-dong DU Ke . Modification of Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.6 ]O₂Cathode Materials by Means of Nano-TiO₂Doping[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2017, 45(10): 39-45.

[1]	罗玉涛, 吴志强. 基于DAEKF算法的锂离子电池主要状态在线联合估计[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(1): 84-94.
[2]	张桂珍刘洋严明保. PEO基固态聚合物电解质膜的免溶剂熔融制备及性能[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(8): 119-127.
[3]	安周建, 赵亚兵, 敏政, 等. 基于风冷散热的锂离子电池外部冷却模式与内部热物性特征的耦合分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(2): 121-128.
[4]	甘云华, 谭梅鲜, 梁嘉林, 等. 恒功率放电下锂离子电池的产热特性[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2020, 48(7): 1-8.
[5]	田晟吕清李亚飞. 基于 STEKF 的锂离子动力电池 SOC 估算[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2020, 48(2): 69-75.
[6]	李礼夫张东羽. 基于形态与性能的动力电池循环寿命预测方法 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 46(4): 1-7.
[7]	罗玉涛郎春艳罗卜尔思. 低温环境下锂离子电池组加热系统研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2016, 44(9): 100-106.
[8]	杨伟薛建军陈胜洲胡新发夏信德林维明. Mg²⁺ 掺杂球形 LiFePO₄ /C 的制备及电池性能[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2016, 44(6): 9-13.
[9]	罗玉涛谢斌何小颤. 电动汽车锂离子电池组参数辨识与SOC 估计[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012, 40(12): 79-85.
[10]	肖新颜汪冬. Ti掺杂对正极材料LiNi_1/3 Co_1/3 Mn_1/3 O₂ 结构和电化学性能影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012, 40(1): 1-6.
[11]	肖新颜叶永清. 共沉淀法合成(Ni _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 )(OH)₂热力学分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2010, 38(4): 30-34,44.
[12]	朱志博. N-乙基七咔唑树状分子的合成、光物理性能、电化学性能及双光子吸收性能的研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2010, 38(2): 12-16.
[13]	钟理朱斌 Chuang Karl . 复合Li₂SO₄质子传导膜的制备及电化学性能[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2008, 36(7): 1-5.
[14]	李军朱冬生吴会军田吉平郭少斌. 锂离子电池正极材料锂镍钴氧化物的制备[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2003, 31(10): 70-72,80.
[15]	李军朱冬生吴会军田吉平郭少斌. 锂离子电池正极材料锂镍钴氧化物的制备[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2003, 31(10): 70-72,80.

富锂锰基正极材料 Li[Li_0.2 Ni_0.2 Mn_0.6 ]O₂的纳米 TiO₂掺杂改性

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