Preparation and Characterization of M(Ⅱ) and M(Ⅳ) Iso-Molar Co-Doped LiMn<sub>1.9</sub>Mg<sub>0.05</sub>Ti<sub>0.05</sub>O<sub>4</sub> Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

Abstract

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料,以柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料LiMn1.9Mg0.05Ti0.05O4.采用热重分析（TGA）, X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）和电化学性能测试（包括循环伏安（CV）和电化学交流阻抗谱（EIS）测试）对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征.结果表明：780℃下煅烧12 h得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的LiMn1.9Mg0.05Ti0.05O4材料,该材料具有良好的电化学性能,在室温下以0.5C倍率充放电,在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 mAh·g-1,循环50次后放电比容量仍为118.5 mAh·g-1,容量保持率为93.5%.在55℃高温下循环30次后的放电比容量为111.9 mAh·g-1,容量保持率达到91.9%,远远高于未掺杂的LiMn2O4的容量保存率.二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂LiMn2O4,改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能,使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.