1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Электрохимия
  4. T. 59, № 11, 2023

Электрохимия, 2023, T. 59, № 11, стр. 726-734

Электрохимические характеристики титаната лития, допированного эрбием, в широком интервале потенциалов

П. В. Корнев a, b, *, Т. Л. Кулова a, А. А. Кузьмина a, А. М. Скундин a, **, Е. В. Чиркова a, Е. С. Кошель c, В. М. Климова d

a Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
119071 Москва, Ленинский просп., 31, корп. 4, Россия

b ОАО “Красноярский завод цветных металлов им. В.Н. Гулидова”
660123 Красноярск, Транспортный проезд, 1г, Россия

c Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский просп., 31, Россия

d АО “Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара”
123098 Москва, ул. Рогова, 5а, Россия

* E-mail: pas-kornev@rambler.ru
** E-mail: askundin@mail.ru

Поступила в редакцию 20.08.2022
После доработки 21.02.2023
Принята к публикации 25.02.2023

Аннотация

Оценено влияние допирования титаната лития эрбием на возможность обратимого внедрения лития в широком диапазоне потенциалов (от 3.00 до 0.01 В относительно литиевого электрода). Допированный титанат лития был получен высокотемпературным твердофазным синтезом. Установлено, что допирование эрбием (так же, как и некоторыми другими лантаноидами) позволяет устойчиво циклировать титанат лития в широком диапазоне потенциалов, причем достигаемая разрядная емкость зависит от содержания допанта и максимальна при содержании 2% эрбия. При разряде в режиме 12 С достигнута удельная емкость 71 мА ч/г, что больше, чем при допировании другими лантаноидами.

Ключевые слова: литий-ионный аккумулятор, анод, титанат лития, эрбий, допирование

Список литературы

  1. Zhong, Z., Ouyang, C., Shi, S., and Lei, M., Ab initio Studies on Li4 +xTi5O12 Compounds as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries, ChemPhysChem, 2008, vol. 9, p. 2104. https://doi.org/10.1002/cphc.200800333

  2. Yan, H., Zhang, D., Qilu, Duo, X., and Sheng, X., A review of Spinel Lithium Titanate (Li4Ti5O12) as Electrode Material for Advanced Energy Storage Devices, Ceram. Int., 2021, vol. 47, p. 5870. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.241

  3. Mahmoud, A., Amarilla, J.M., Lasri, K., and Saadoune, I., Influence of the synthesis method on the electrochemical properties of the Li4Ti5O12 spinel in Li-half and Li-ion full-cells. A systematic comparison, Electrochim. Acta, 2013, vol. 93, p. 163. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.01.083

  4. Kulova, T.L., Kreshchenova, Y.M., Kuz’mina, A.A., Skundin, A.M., Stenina, I.A., and Yarslavtsev, A.B., New high-capacity anode materials based on gallium-doped lithium titanate, Mend. Commun., 2016, vol. 26, p. 238. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2016.05.005

  5. Kulova, T.L., Kuz’mina, A.A., Skundin, A., Stenina, I.A., and Yarslavtsev, A.B., Electrochemical Behavior of Gallium-Doped Lithium Titanate in a Wide Range of Potentials, Int. J. Electrochem. Sci., 2017, vol. 12, p. 3197. https://doi.org/10.20964/2017.04.04

  6. Jhan, Y.-R. and Duh, J.-G., Electrochemical performance and low discharge cut-off voltage behavior of ruthenium doped Li4Ti5O12 with improved energy density, Electrochim. Acta, 2012, vol. 63, p. 9. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.12.014

  7. Wang, W., Wang, H., Wang, S., Hu, Y., Tian, Q., and Jiao, S., Ru-doped Li4Ti5O12 anode materials for high rate lithium-ion batteries, J. Power Sources, 2013, vol. 228, p. 244. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.11.092

  8. Zhao, Z., Xu, Y., Ji, M., and Zhang, H., Synthesis and electrochemical performance of F-doped Li4Ti5O12 for lithium-ion batteries, Electrochim. Acta, 2013, vol. 109, p. 645. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.07.164

  9. Ji, M., Xu, Y., Zhao, Z., Zhang, H., Liu, D., Zhao, C., Qian, X., and Zhao, C., Preparation and electrochemical performance of La3+ and F‒ co-doped Li4Ti5O12 anode material for lithium-ion batteries, J. Power Sources, 2014, vol. 263, p. 296. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.04.051

  10. Yi, T.-F., Xie, Y., Wu, Q., Liu, H., Jiang, L., Ye, M., and Zhu, R., High rate cycling performance of lanthanum-modified Li4Ti5O12 anode materials for lithium-ion batteries, J. Power Sources, 2012, vol. 214, p. 220. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.04.101

  11. Xu, G.B., Yang, L.W., Wei, X.L., Ding, J.W., Zhong, J.X., and Chu, P.K., Highly-crystalline ultrathin gadolinium doped and carbon-coated Li4Ti5O12 nanosheets for enhanced lithium storage, J. Power Sources, 2015, vol. 295, p. 305. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.06.131

  12. Li, Y., Wang, Z., Zhao, D., and Zhang, L., Gd doped single-crystalline Li4Ti5O12/TiO2 nanosheets composites as superior anode material in lithium ion batteries, Electrochim. Acta, 2015, vol. 182, p. 368. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.09.103

  13. Zhang, Q., Verde, M.G., Seo, J.K., Li, X.Y., and Meng, Y.S., Structural and electrochemical properties of Gd-doped Li4Ti5O12 as anode material with improved rate capability for lithium-ion batteries, J. Power Sources, 2015, vol. 280, p. 355. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.01.124

  14. Cai, Y., Huang, Y., Jia, W., Zhang, Y., Wang, X., Guo, Y., Jia, D., Pang, W., Guo, Z., and Wang, L., Two-dimension dysprosium-modified bamboo-slip like lithium titanate with high-rate capability, long cycle life for lithium-ion batteries, J. Mater. Chem. A, 2016, vol. 4, p. 17782. https://doi.org/10.1039/C6TA06956H

  15. Ding, K., Zhao, J., Zhou, J., Zhao, Y., Chen, Y., Zhang, Y., Wei, B., Wang, L., and He, X., Preparation and Characterization of Dy-doped Lithium Titanate (Li4Ti5O12), Int. J. Electrochem. Sci., 2016, vol. 11, p. 446.

  16. Li, Z., Li, J., Zhao, Y., Yang, K., Gao, F., and Li, X., Structure and electrochemical properties of Sm-doped Li4Ti5O12 as anode materials for lithium-ion battery, RSC Adv., 2016, vol. 6, p. 15492. https://doi.org/10.1039/C5RA27142H

  17. Sun, L., Liu, Z., Wang, Z., Yang, W., Yang, J., Kai Sun, K., Chen, D., Liu, Y., and Liu, X., The synergic effects of Ca and Sm co-doping on the crystal structure and electrochemical performances of Li4 –xCaxTi5 –xSmxO12 anode material, Solid State Sci., 2019, vol. 87, p. 110. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2018.11.010

  18. Sovizi, M.R. and Pourali, S.M., Effect of Praseodymium Doping on Structural and Electrochemical Performance of Lithium Titanate Oxide (Li4Ti5O12) as New Anode Material for Lithium-Sulfur Batteries, Electron. Mater., 2018, vol. 47, p. 6525. https://doi.org/10.1007/s11664-018-6552-7

  19. Zhao, Y., Li, J., Li, Z., Yang, K., and Gao, F., Pr-modified Li4Ti5O12 nanofibers as an anode material for lithium-ion batteries with outstanding cycling performance and rate performance, Ionics, 2017, vol. 23, p. 597. https://doi.org/10.1007/s11581-016-1851-6

  20. Li, D., Liu, Y., Zhao, W., Gao, Y., Cao, L., Liu, Y., Wang, W., Yi, L., and Qi, T., Synthesis of Ce modified Li4Ti5O12 using biomass as carbon source, J. Electroanal. Chem., 2019, vol. 851, article # 113441. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2019.113441

  21. Chen, C., Liu, X., Ai C., and Wu, Y., Enhanced lithium storage capability of Li4Ti5O12 anode material with low content Ce modification, J. Alloys Compd., 2017, vol. 714, p. 71. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.184

  22. Ji, X., Li, D., Lu, Q., Guo, E., and Yao, L., Electrospinning preparation of one-dimensional Ce3+-doped Li4Ti5O12 sub-microbelts for high-performance lithium-ion batteries, J. Nanopart. Res., 2017, vol. 19, article # 393. https://doi.org/10.1007/s11051-017-4085-2

  23. Feng, J. and Wang, Y., Ce-doped Li4Ti5O12/C nanoparticles embedded in multiwalled carbon nanotube network as a high-rate and long cycle-life anode for lithium-ion batteries application, Ceram. Int., 2016, vol. 42, p. 19172. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.09.080

  24. Zhang, Q. and Li, X., High Rate Capability of Nd-Doped Li4Ti5O12 as an Effective Anode Material for Lithium-Ion Battery, Int. J. Electrochem. Sci., 2013, vol. 8, p. 7816.

  25. Xia, C., Nian, C., Huang, Z., Lin, Y., Wang, D., and Zhang, C., One-step synthesis of carbon-coated Li4Ti4.95Nd0.05O12 by modified citric acid sol–gel method for lithium-ion battery, J. Sol-Gel Sci. Technol., 2015, vol. 75, p. 38. https://doi.org/10.1007/s10971-015-3672-x

  26. Cai, Y., Huang, Y., Jia, W., Wang, X., Guo, Y., Jia, D., Sun, Z., Pang, W., and Guo, Z., Super high-rate, long cycle life of europium modified carbon coated hierarchical mesoporous lithium titanate anode materials for lithium ion batteries, J. Mater. Chem. A, 2016, vol. 4, p. 9949. https://doi.org/10.1039/C6TA03162E

  27. Корнев, П.В., Кулова, Т.Л., Кузьмина, А.А., Тусеева, Е.К., Скундин, А.М., Климова, В.М., Кошель, Е.С. Титанат лития, допированный европием, как анодный материал для литий-ионных аккумуляторов. Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. С. 1. [Kornev, P.V., Kulova, T.L., Kuzmina, A.A., Tusseeva, E.K., Skundin, A.M., Klimova, V.M., and Koshel’, E.S., Europium-Doped Lithium Titanate as a Material for the Anodes of Lithium-Ion Batteries, Russ. J. Phys. Chem. A, 2022, vol. 96, p. 435.] https://doi.org/10.1134/S003602442202014510.1134/S0036024422020145https://doi.org/10.31857/S0044453722020145

  28. Degen, T., Sadki, M., Bron, E., König, U., and Nénert, G., The High Score Suite, Powder Diffr., 2014, vol. 29, Suppl. S2, p. S13. https://doi.org/10.1017/S0885715614000840

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Электрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал