三价铁离子掺杂对钛酸锂结构和化学性能的影响-论文.pdf

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1、第l5卷第18期2015年6月科学技术与工程Vo1．15No．18Jun．20151671—1815(2015)18—0006—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2015Sci．Tech．Engrg．化学三价铁离子掺杂对钛酸锂结构和化学性能的影响董春欣(吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林132022)摘要采用溶胶凝胶法制备LiFeTi。0。(=0，0．03，0．06，0．09)粉体活性材料，并优化了最佳掺杂量为=0．03。通过x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试对材料进行结构、形貌及电化学性能表征。结果表明：掺杂适量的铁离子不会改变钛酸锂

2、的尖晶石结构和形貌。1C时，Li"Fe。。TiO首次放电比容量为145．40mA·h／g；纯相的首次放电比容量仅为116．95mA·h／g。关键词锂离子电池LiTi0．，掺杂Fe中图法分类号0614．11；文献标志码A近年来，细颗粒物污染严重，雾霾天气频发。虽1实验部分说政府已经加大了对机动车污染物排放量的控制，但由于机动车保有量基数大，增量高；机动车排放在1．1试剂与仪器大气中的细颗粒物污染比居高不下，社会对新型清试剂：碳酸锂(国药集团化学试剂有限公司)，钛洁能源的发展提出了更迫切的需求。钛酸锂作为锂酸丁酯和硝酸铁(天津市永大化学试剂有限公司)，离子电池的负极材料具有绿色环保，无记忆效应，质

3、草酸和无水乙醇(天津市大茂化学试剂厂)，聚偏二量轻等优点受到研究人员越来越多的关注。这种材氟乙烯，电解液1tooLLiPF(EC：EMC：DMC=1：1：1)料具有平稳的充放电平台并被称为“零应变”材料。和导电剂(太原市迎泽力之源)，N一甲基_2一吡咯烷酮其理论容量为175mA·h／g¨。(西陇化工股份有限公司)，所用试剂均为分析纯。与碳负极材料相比，安全性和材料稳定性是钛主要仪器及设备：D8X射线衍射仪(德国布鲁酸锂较为突出的优点。所以，钛酸锂更加适合应用克AXS公司)，JSM---6490LV(日本JEOL公司)，新于电动汽车和动力蓄电池。但是，钛酸锂作为一种威BTS高精度电池测试仪(深圳

4、新威尔电子有限公绝缘材料，电子电导率仅为10S／cm_3J，高倍率条司)，FA2004A型分析天平(上海精天电子仪器有限件下比容量衰减较快，限制了其商业上的应用。目公司)，LS800S手套箱(成都德力斯实业有限公前，对钛酸锂的改性成为锂离子电池负极材料钛酸司)，MS一(H)．S磁力搅拌器(北京君龙实验仪器有锂的研究重点，通常采用以下方法对电导率进行改限公司)等。善：①制备纳米级材料；②对钛酸锂表面进行碳1．2实验过程包覆；③在不同位上进行金属离子的掺杂；如通样品制备：按照锂钛摩尔比为0．85来制备纯相过Mg

5、8]、Nb[、zr4等离子的掺杂。材料。常温下搅拌至形成溶胶后，在80℃条件下使现以硝

6、酸铁为铁源，采用溶胶凝胶法在锂钛位进溶剂挥发形成果冻状白色凝胶。研磨后，在空气气行金属铁离子的共掺杂。制备Li／3FeTi。。O氛下以800oC下煅烧12h，自然降至室温得到活性(：0，0．03，0．06，0．09)材料，研究了掺入不同量材料，纯相钛酸锂为白色粉末状。按照以上实验方的Fe¨对钛酸锂结构和电化学性能的影响。法将一定的摩尔数(：0．03，0．06，0．09)进行Fe“的掺杂，得到粉末随铁离子掺入量的增加颜色逐渐加深。2015年2月12日收到吉林省科技厅科技发展基金(201207213)资助样品表征：分别对所制活性材料进行XRD测试第一作者简介：董春欣(1971一)，女，汉族，硕士，

7、讲师。研究方向(管压40kV，管流20mA，cu靶x射线)；SEM测试环境化学。E—mail：do“gchunxin197l@126．corn。(电压15kV)和恒流充放电和循环性能测试(充放8科学技术与工程15卷>＼最g一口的首次放电比容量为145．40mA·h／g，经50次循环后衰减为126．73mA·h／g，容量保持率仅为87．16％。表明掺杂铁离子后，虽能够提高活性材料的比容量，但是以降低其循环性能为代价。为考查不同倍率条件下，掺杂铁离子后对活性材料循环稳定性的影响，分别对Li．Fe。Ti。O：材料进行0．1C，1C，2C，5C，IOC倍率下的测试。如图6SpecificCapacit

8、y／(mA。。h’。g。。)所示。图3Li4FeTi5I2Ol2(：0，0．03，0．06，0．09)在1C倍率下的首次充放电曲线图Fig．3Initialdischarge—chargechivesofLiFeTi5。∥3O12(=0，0．03，0．06，0．09)at1Cg；10C倍率下放电比容量分别为49．08mA·h／g和73．42mA·h／g。由以上数据可知，在高电流密度下，掺杂铁离子后