Ni 替代对锂离子电池材料 LiMnTiO4 性能的影响有什么？

镍的替代对锂离子电池材料LiMnTiO4性能的影响

新一代化学能锂离子二次电池，由于具有能量密度高、功率密度大、电压高、自放电率低、无记忆效应、重量轻、无污染等独特优点，迅速成为最有前途的新型电池。锂离子电池的正极材料将直接影响锂离子电池的性能。目前，商业化的阳极材料包括LiCoO2层、lini1/3co1/3mn1/3O2、橄榄石LiFePO4和尖晶石LiMn2O4。尖晶石LiMn2O4具有原料便宜、无毒、高压平台等优点。但在充放电循环中其容量容易衰减，重要是由于以下原因:1)电解液表面Mn3+歧化反应和酸蚀导致锰的溶解，导致Mn2+溶解到电解液中，导致容量损失;2)Mn3+引起的jahn-teller效应。姜泰勒效应导致立方相的转换与相的晶体结构、晶格参数的提高c/一个值,和大型结构的收缩和扩张,阻碍了锂离子传输通道,破坏了尖晶石晶格,和放松颗粒之间的接触,导致李+disentrainement的困难。

改善电极材料循环性能大致有两种方法:一是表面的涂层阳极材料,重要在表面活性物质涂布一层氧化或氧化粒子,电解液和锂离子电池正极活性物质之间的接触面积小,减少电解液分解,提高材料在高温下的循环寿命;二是掺杂改性，也称内部结构改性。掺杂改性包括阳离子掺杂、阴离子掺杂和混合离子掺杂。例如，Geng等人用模板法将Al掺杂到limn1.5ni0.5o4中，发现Al可以增强材料的稳定性，提高材料的容量。LIU等人用B代替了LiMnPO4中10%(原子比)的P，显著改善了电极的循环性能和高倍增器性能。适量的阴离子和阴离子al-f复合掺杂可以提高Li(ni1/3co1/3mn1/3)O2的结晶度，改善其层状结构。

从而大大提高了其循环性能。

关于LiMn2O4材料，加入适当的元素可以稳定材料结构，抑制锰的溶解，抑制jahn-teller效应。近年来研究发现[8-9]，Ti4+通过取代LiMn2O4中的Mn4+，可以有效抑制jahn-teller效应。TiO键键能为662kJ/mol,高于MnO键的402kJ/mol,能形成更稳定的[Mn2-xTix]O4结构,从而抑制Jahn-Teller效应。Inaddition,Ti替换可以恢复部分Mn3+Mn2+,减少Mn3+的浓度导致姜泰勒effect,,提高放电容量而抑制姜泰勒effect,但与理论放电capacity.仍有差距在尖晶石LiMn2O4的研究中发现，Ni置换Mn(LiMn1.5Ni0.5O4)提高了电极材料的放电容量和循环稳定性[10-11]。为了提高LiMnTiO4的放电容量，采用溶胶-凝胶法制备了LiMnTiO4(x=0,0.1,0.2,0.3)，并结合固相反应研究了Ni取代对LiMnTiO4电化学性能的影响。

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结论

1)Ni置换没有改变LiMnTiO4的尖晶石结构和形态特点，Ni置换也没有出现与置换元素相关的异相。

Ni用来代替Mn。替换的数量不应该太多。假如取代量过大，电极材料的充放电能力会明显下降。

3)当Ni取代量为0.1时，LiMnTiO4的电化学性能得到明显改善。48个循环后，LiMn0.9Ni0.1TiO4的放电容量为162.8mah/g，容量保留率为82.7%。这重要是由于镍取代后氧化还原过程中电极极化降低，有利于电化学反应。