Sol-Gel을 이용한 열수법에 의한 구형 은 코팅 Li4Ti5O12 양극 물질 합성

초록

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Ag 코팅 구형 Li₄ Ti₅ O₁₂ 에틸렌 글리콜과 질산은 혼합물을 전구체로 사용하여 졸-겔 보조 열수법을 통해 복합 재료를 성공적으로 합성했으며 Ag 코팅 함량이 전기 화학적 특성에 미치는 영향을 광범위하게 조사했습니다. X선 회절(XRD) 분석은 Ag 코팅이 Li₄의 스피넬 구조를 변경하지 않는 것으로 나타났습니다. Ti₅ O₁₂ . 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 분석은 Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag는 전도성이 높은 은 코팅층의 존재로 인한 것입니다. 또한 입자에 균일하게 코팅된 나노 두께의 은층은 이 물질의 속도 능력을 크게 향상시켰습니다. 결과적으로 은 코팅된 마이크론 크기의 구형 Li₄ Ti₅ O₁₂ 우수한 전기화학적 성능을 보였다. 따라서 적절한 은 함량이 5wt.%이면 Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag는 186.34mAh g⁻¹ 의 최고 용량을 제공했습니다. 다른 샘플보다 높은 0.5C에서 100주기 후에도 5C에서 초기 용량의 92.69%를 유지했습니다. 100번의 사이클 후 10C에서도 여전히 89.17%의 용량 유지율을 보여 놀라운 사이클링 안정성을 보여주었습니다.

평가판 등록

ISRCTN NARL-D-17-00568

하이라이트

구형 Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag 복합재료는 코팅층의 전구체로 에틸렌 글리콜과 질산은 혼합물을 사용하여 졸-겔 보조 열수법을 통해 합성되었으며, 이는 Li₄의 전자 전도도와 전기화학적 성능을 크게 향상시켰습니다. Ti₅ O₁₂ .

구형 형태는 큰 탭 밀도를 유도하고 결과적으로 체적 에너지 밀도를 향상시킬 수 있습니다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

지난 10년 동안 재충전 가능한 리튬 이온 배터리(LIB)는 많은 이점을 보여주었습니다. 그들은 가벼운 무게입니다. 크기가 작고 전압이 높으며 에너지 밀도가 높습니다. 배기가스 저감 및 연비 향상을 위한 전기화학적 에너지 저장장치로서 많은 관심을 받고 있다[1, 2]. 그러나 리튬 전구체의 가격, 안전 및 수명 문제, 낮은 전력 밀도는 향후 대규모 에너지 저장에 LIB를 적용하는 데 걸림돌이 됩니다[3]. 따라서 대용량 저장고의 안전성 요구에 부응하는 대체소재 개발에 많은 노력을 기울이고 있다[4].

큐브 스피넬 리튬 티타네이트(Li₄ Ti₅ O₁₂ ) 재료는 리튬 이온 배터리의 음극 재료로 Li₄의 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 과정에서 변형률이 0인 구조적 특성으로 인해 유망한 재료가 되었습니다. Ti₅ O₁₂ [5,6,7,8,9]. 이 물질은 플랫폼 리튬 삽입 및 추출 전압이 ~ 1.55V(vs. Li/Li⁺ ), 리튬을 소비하는 고체 전해질 계면(SEI) 필름의 형성을 방지하여 LIB의 안전성과 양호한 사이클링을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 따라서 Li₄ Ti₅ O₁₂ 상업 응용 및 과학 연구에서 잠재적인 재료 중 하나가 되었습니다. 리₄ Ti₅ O₁₂ 고체상태, 무전해증착법, 마이크로파, 졸겔법 등 다양한 방법을 통해 제조되고 있다. 고체 상태 방법과 관련하여 일부 연구에 따르면 Li⁺ 의 거리가 더 짧기 때문에 합성 경로가 간단하고 합성 비용이 저렴합니다. 확산 및 전자 이동, Li₄ Ti₅ O₁₂ 우수한 속도 능력을 나타내지만, 고체 상태 반응은 좁은 크기로 균일한 형태를 제공할 수 없습니다. 그러나 무전해 증착 공정은 복잡한 합성 경로를 가지고 있습니다. Li₄의 졸-겔 합성을 위해 Ti₅ O₁₂ , 여러 연구원들은 균일하게 균질한 분포와 좋은 화학량론적 제어로 좁은 입자를 가진 제품을 생성할 수 있다고 보고했습니다.

이러한 많은 장점에도 불구하고 Li₄의 주요 단점은 Ti₅ O₁₂ 낮은 전자 및 이온 전도성과 느린 리튬 이온 확산 계수로 인해 속도 용량이 낮습니다. 결정자 크기 감소[10], 고가 금속 이온으로 도핑[11,12,13], 전도상 코팅[14,15,16,17]을 포함한 수많은 전략이 방전/전하 수송을 개선하기 위해 채택되었습니다. 전극의 속성. 또한, 전자 전도성을 향상시키는 또 다른 방법은 나노 구조의 Li₄를 합성하는 것입니다. Ti₅ O₁₂ . 나노구조는 더 큰 전극/전해질 접촉 면적을 제공하여 삽입 역학을 증가시키고 확산 경로를 줄여 Li⁺ 를 가속화합니다. 및 전자 수송 [18]. 이러한 접근법 중 Li₄의 전기화학적 특성을 향상시키는 가장 효과적인 방법은 Ti₅ O₁₂ 전도성 표면 개질입니다. Aslihan et al. [2] 합성 Li₄ Ti₅ O₁₂ 졸-겔 방법을 통해 합성한 다음 Li₄ Ti₅ O₁₂ 무전해 증착을 통해 은으로 표면 코팅되었습니다. 결과는 은 코팅(Ag 코팅)이 Li⁺ 에 대한 높은 전도성 매트릭스를 제공한다는 것을 보여주었습니다. 삽입, 전자 전도성 향상. Zhu et al. [19] 탄소 코팅된 나노 크기의 Li₄ 준비 Ti₅ O₁₂ 탄소 사전 코팅 공정과 분무 건조 방법을 통해 놀라운 속도 능력을 가진 나노다공성 미세구체를 발견했으며, 마이크론 크기의 구형 입자가 큰 탭 밀도를 유도하여 체적 에너지 밀도를 향상시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 Ag 코팅된 마이크론 크기의 Li₄를 합성하는 방법 Ti₅ O₁₂ 졸겔 보조 열수법을 통한 구형 입자는 보고되지 않았습니다.

여기에서 우리는 미크론 크기의 구형 Li₄를 합성하기 위한 졸-겔 보조 열수 방법을 보고합니다. Ti₅ O₁₂ 에틸렌 글리콜과 질산은 혼합물을 전구체로 사용한 /Ag 복합재로, 전구체 내 은 원소의 양을 조절하여 Ag 코팅의 함량을 조절하였다. Li₄의 전기화학적 특성 Ti₅ O₁₂ 구형 형태의 /Ag를 자세히 조사했습니다.

실험

온전한 리의 합성₄ Ti₅ O₁₂ 및 Ag로 표면 수정

Sol-Gel 방법을 통한 구형 전구체 합성

구형 전구체인 TG(티타늄 글리콜레이트)는 졸-겔 방법으로 합성되었습니다. 먼저, 테트라부틸 티타네이트 2mL를 AgNO₃가 포함된 용액에 천천히 첨가했습니다. (50 mL의 글리콜에 용해될 수 있는 적절한 양으로), 격렬하게 교반하여 전구체 용액을 형성한다. 둘째, 전구체 용액을 0.1mL Tween 80이 포함된 150mL의 아세톤 혼합물에 첨가하고 실온에서 1시간 동안 계속 교반하여 침전물을 형성하였다. 그 후, 침전물을 8시간 동안 숙성시키고, 여과로 분리하고, 무수 알코올로 2회 세척하였다. 마지막으로 오븐에서 80°C로 6시간 동안 열처리한 후 분쇄하여 전구체 분말을 얻었다.

구형 Li의 합성₄ Ti₅ O₁₂ /Ag

구형 Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag는 열수법을 통해 제조되었습니다. 첫째, LiOH·H₂ O와 3.9:1의 몰비의 전구체를 40mL의 매질로 1시간 동안 교반하여 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성한 다음, 이를 180°C에서 12시간 동안 밀봉된 테플론 도자기에서 가열하여 침전물이 형성될 때까지 얻었다. 둘째, 침전물을 원심분리(5000 rpm, 5분)를 통해 수집하고 무수 에탄올로 여러 번 더 세척하였다. 그런 다음 80 °C의 오븐에서 2시간 동안 건조시켰다. 마지막으로, 침전물을 머플로에서 700°C에서 2시간 동안 가열했습니다(가열 속도 5°C·min^-1 ) 공기 중에서 분쇄한 다음 실온으로 자연 냉각하여 구형 Li₄를 얻습니다. Ti₅ O₁₂ /은 가루.

재료 특성화

Li₄의 구조 Ti₅ O₁₂ 4 °min⁻¹ 스캔 속도의 Cu Kα 방사선(λ =0.15405 nm) 소스를 사용하여 X선 회절(XRD, Rigaku D/max-PC2200)을 통해 샘플을 식별했습니다. 10° ~ 80° 및 40KV 및 20mA에서 작동합니다. 물질의 형태와 입자 크기는 SEM(scanning electron microscopy, Supra 55 Zeiss) 및 TEM(transmission electron microscopy, JEOL-2100)을 통해 조사되었습니다.

전기화학 측정

제품의 전기화학적 성능은 CR2025 코인형 셀을 사용하여 테스트했습니다. 작업 전극은 80 wt.% Li₄를 혼합하여 준비했습니다. Ti₅ O₁₂ /Ag 활성 물질, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매 중 10중량% 전도성 Super-P 및 10중량% 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 바인더를 사용하여 균일한 슬러리를 형성합니다. 그런 다음, 슬러리를 알루미늄 호일에 캐스팅하고 80 °C에서 12시간 동안 진공 건조하여 잔류 용매를 제거했습니다. 그런 다음 호일을 눌러 디스크로 자릅니다. Celgard 2400 폴리프로필렌 미다공막과 리튬박을 각각 분리막과 음극으로 사용하였다. 전해액은 1M LiPF₆였습니다. 에틸렌 카보네이트(EC), 디메틸 카보네이트(DMC) 및 에틸렌 메틸 카보네이트(EMC)에서 1:1:1의 체적비. 세포는 수분과 산소 수준이 모두 1ppm 미만으로 유지되는 아르곤으로 채워진 글로브 박스에 조립되었습니다. 제품의 전기화학적 테스트는 LAND CT2001A 테스트 시스템(중국 우한)을 사용하여 평가되었습니다. 순환 전압전류법(CV) 테스트는 CHI600A 전기화학 워크스테이션에서 0.1mV s⁻¹ 로 기록되었습니다. 1.0 ~ 2.5V의 스캔 속도(대 Li/Li⁺ ). EIS 측정은 5mV의 섭동으로 100KHz ~ 10mHz의 주파수 범위에서 수행되었습니다.

결과 및 토론

구조 및 형태적 특성

Li₄에 대한 Ag 첨가제의 양의 영향 Ti₅ O₁₂ /Ag 분말을 조사했습니다. Ag 코팅 구형 Li₄의 XRD 패턴 Ti₅ O₁₂ 모든 시편의 주요 회절피크는 18.4°, 35.54°, 43.2°, 57.2°, 62.8°, 66.1°에서 나타나며 (111), (311), (400), (333), (440) 및 (531) 각각. 그 피크는 Li₄와 잘 일치합니다. Ti₅ O₁₂ 표준 회절 패턴 [20], Ag 금속의 특성 패턴 제외(2θ =38.1°, 44.3°, 64.4°). 어떠한 시료에서도 불순물 회절 피크가 검출되지 않았다. 또한 Ag의 양이 증가함에 따라 은의 피크 강도가 상응하게 증가했습니다.

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Li₄의 XRD 패턴 Ti₅ O₁₂ /Ag. (아 ) 0 중량%, (b ) 1 중량%, (c ) 3 중량%, (d ) 5 중량% 및 (e ) 7 중량%

Li₄의 격자 매개변수 Ti₅ O₁₂ 다양한 Ag 코팅을 가진 /Ag 샘플이 표 1에 제공되어 있습니다. Ag 함량 증가에 따른 유의미한 변화는 관찰되지 않았습니다. 따라서 은은 주로 Li₄ 표면에 Ag 원소 형태로 코팅되어 있음을 시사하였다. Ti₅ O₁₂ 입자가 있지만 스피넬 Li₄의 격자로 침투하지 않음 Ti₅ O₁₂ . Ag⁺ 의 이온 반경 때문에 (0.126 nm)는 Ti⁴⁺ 보다 상당히 큽니다. (0.068 nm), 합성된 Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag 샘플은 Ag 금속과 Li₄의 합성물이었습니다. Ti₅ O₁₂ 단계.

그림 2는 준비된 전구체의 SEM 이미지를 보여줍니다(a₁ -e₁ ) 및 Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag(a₂ -e₂ ). 그림 2에서 보는 바와 같이 모든 시료는 5~10μm의 좁은 입도 분포를 가진 균일한 구형 구조를 나타내어 활물질과 전극의 접촉에 유리하다. SEM 이미지에서 구형 전구체인 TG(티타늄 글리콜레이트) 입자는 부드러운 선을 나타내는 반면 Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag 입자는 대략적인 선을 나타냅니다. 더욱이, 좋은 분산은 전극-전해질 접촉 면적을 확대하고 Li⁺ 의 수송을 상당히 가속화할 수 있습니다. 그리고 전자. 그러나 Li₄의 표면 Ti₅ O₁₂ /Ag 샘플은 준비된 전구체 및 Titanium glycolate보다 분명히 매끄럽지 않으며 어느 정도 덩어리로 존재합니다. 또한, 다양한 Li₄의 입자 크기 Ti₅ O₁₂ /Ag 합성물은 Ag-free Li의 합성물보다 훨씬 큽니다₄ Ti₅ O₁₂; 그러나 은 함량이 증가함에 따라 응집 현상이 더욱 분명해집니다.

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전구체와 Li₄의 SEM 이미지 Ti₅ O₁₂ /Ag. (아 ) 0 중량%, (b ) 1 중량%, (c ) 3 중량%, (d ) 5 중량%, (e ) 7 중량%

마이크론 크기 입자 내부의 은 분포를 더 조사했으며 TEM 및 HRTEM 분석이 그림 3에 제공되었습니다. TEM 이미지(그림 3a)는 5 wt.% Ag 코팅된 마이크론 크기 -구형 Li₄ Ti₅ O₁₂ 입자가 3~4nm 두께의 은층으로 균일하게 코팅되어 있어 은층이 전체 물질 표면에 전도성 네트워크를 형성하여 리튬 이온 및 전자 수송을 용이하게 함을 나타냅니다. 도 3b에 도시된 바와 같이 마이크론 크기의 Li₄의 표면은 Ti₅ O₁₂ /Ag 입자가 매끄럽지 않고 d -5 wt.% Ag 코팅 Li₄의 간격 Ti₅ O₁₂ 입자는 0.484 nm로 LTO(111) 평면의 입자와 잘 일치합니다. 이는 LTO 입자 표면에 새로운 상이 생성되지 않았으나 입자 표면에 얇은 코팅층이 있음을 시사한다.

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(아 ) TEM 및 (b ) 5 중량% 은 코팅된 Li₄의 HRTEM 이미지 Ti₅ O₁₂ , 여기서 "선"은 코팅된 은층을 나타냅니다.

전기화학적 특성

그림 4는 마이크론 크기의 구형 Li₄의 첫 번째 충방전 곡선을 보여줍니다. Ti₅ O₁₂ /Ag 전극은 다른 비율로 다른 Ag 함량으로 코팅되었습니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 모든 프로파일은 1.55V(vs. Li/Li⁺ ), Li₄ 사이의 2상 전환을 나타냅니다. Ti₅ O₁₂ 및 Li₇ Ti₅ O₁₂ 리튬 삽입용 [21]. Li₄의 전압 플랫폼 Ti₅ O₁₂ /Ag 합성물은 Ag-free Li보다 깁니다₄ Ti₅ O₁₂ . Ag 함량이 증가함에 따라 Li₄의 더 긴 방전 플랫폼을 위해 Ti₅ O₁₂ /Ag 복합 재료는 플랫폼을 유지하는 능력이 더 강해 우수한 전자 전도성이 전극 반응 과정에서 재료의 분극을 효과적으로 감소시키고 재료의 활용도를 향상시킬 수 있음을 시사합니다.

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Li₄의 다양한 전류 밀도에 대한 초기 충방전 곡선 Ti₅ O₁₂ /Ag. (아 ) 0 중량%, (b ) 1 중량%, (c ) 3 중량%, (d ) 5 중량%, (e ) 7 중량%

그림 4와 같이 Ag-free Li₄ Ti₅ O₁₂ 167.62mAh g⁻¹ 의 초기 방전 용량 제공 0.5C의 속도에서 Ag 코팅된 마이크론 크기의 구형 Li₄의 전달 용량 Ti₅ O₁₂ 은 양이 증가함에 따라 복합 재료 증가:170.10, 179.54 및 186.34mAh g⁻¹ 각각 1, 3, 5 중량%입니다. 그러나 7 wt.% Ag 코팅 Li₄ Ti₅ O₁₂ 다소 다른 행동을 보였다. 전달된 방전 용량은 은 양이 증가함에 따라 감소했습니다. 175.86mAh g⁻¹ 7중량%의 경우. 5 중량% Ag 코팅 Li₄ Ti₅ O₁₂ 가장 높은 초기 방전 용량을 얻었고 초기 방전 고유 용량은 186.34, 172.47, 154.12 및 136.06mAh g⁻¹ 에 도달했습니다. 각각 0.5, 1, 5 및 10C의 특정 전류에서. 낮은 전자 전도성과 느린 Li⁺ 로 인해 확산, 재료는 높은 충전/방전 속도에서 큰 분극을 나타냅니다. 전도성이 높은 Ag 첨가제는 표면 삽입 반응을 크게 향상시키고 분극을 감소시킬 수 있습니다[20, 22]. 가장 높은 Ag 함량(7wt.%)조차도 가장 긴 전압 안정기를 제공할 수 있으며 금속 은 자체는 리튬에 완전히 삽입될 수 없습니다. 대신 Ag 함량이 높으면 Li₄의 비용량이 감소합니다. Ti₅ O₁₂ /Ag. 따라서 적절한 은 함량은 Li₄의 전도도를 효과적으로 향상시킬 뿐만 아니라 Ti₅ O₁₂ Li₄의 편광을 줄입니다. Ti₅ O₁₂ 반응 과정에서 뿐만 아니라 Ag 코팅으로 인한 가역 용량의 손실을 줄일 수 있습니다.

Ag-free Li₄의 속도 기능 Ti₅ O₁₂ 및 5 중량% Ag 코팅된 Li₄ Ti₅ O₁₂ 0.5, 1, 5, 10C의 전류밀도에서 복합재료를 분석하였고 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다. Ti₅ O₁₂ 5C에서 합성물은 154.12mAh g⁻¹ 였습니다. . 30주기 후에도 용량은 여전히 150.50mAh g⁻¹ 로 유지되었습니다. , 초기 용량의 97.65% 이상을 유지합니다. 10C로 더 증가시키면 방전 용량이 136.06mAh g^-1 에서 분명히 떨어졌습니다. ~ 130.81mAh g⁻¹ 30주기 후. 용량의 보유 효율은 여전히 96.14%로 유지될 수 있었습니다. 또한 Li₄의 사이클링 성능은 Ti₅ O₁₂ /Ag 합성물은 Ag-free Li₄보다 훨씬 우수했습니다. Ti₅ O₁₂ 다양한 충방전율로 도 6a에 도시된 바와 같이, 5 중량%의 적절한 은 함량으로 은 코팅된 Li₄ Ti₅ O₁₂ 186.34mAh g⁻¹ 의 최고 용량 제공 다른 샘플보다 높은 0.5C에서 100회 주기 후에도 5C에서 초기 용량의 92.69%를 유지했습니다. 100회 사이클 후 10C에서도(그림 6b), 여전히 89.17%의 용량 유지율을 나타내어 놀라운 사이클링 안정성을 보여줍니다. 결과는 유리한 실험 조건에서 Li₄ Ti₅ O₁₂ 표면 Ag 코팅은 전자 및 이온 전도성을 향상시켰을 뿐만 아니라 리튬 삽입/추출 반응 동안 전자 수송을 분명히 증가시켰고 Li₄의 사이클 안정성을 크게 향상시켰습니다. Ti₅ O₁₂ .

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Ag-free 및 5wt.% Ag-coated Li₄의 비율 기능 Ti₅ O₁₂ 다른 현재 요율에서

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Ag-free 및 5wt.% Ag 코팅 Li₄의 사이클링 성능 Ti₅ O₁₂ 5 °C에서(a ) 및 10°C(b )

그림 7은 Ag-free Li₄의 순환 전압전류도(CV)를 나타냅니다. Ti₅ O₁₂ 및 5 중량% Ag 코팅된 Li₄ Ti₅ O₁₂ 0.1 mV s⁻¹ 의 느린 속도로 얻은 합성물 . 분명히, 1.0과 2.5V 사이의 가역적 산화환원 피크가 얻어졌으며, 이는 리튬 이온의 삽입 및 추출에 기인하며, 이는 리튬 삽입 및 탈삽입 동안 중간 상 형성이 없음을 시사합니다. 한편, 이 두 곡선의 산화환원 피크 면적은 거의 동일하여 높은 쿨롱 효율을 나타냅니다[23]. 5 중량% Ag 코팅 Li₄의 산화 및 환원 피크 간의 전위차 Ti₅ O₁₂ 0.244V로 Ag가 없는 Li₄보다 약간 낮습니다. Ti₅ O₁₂ (0.24V). 이는 전도성이 높은 Ag 첨가제를 적절하게 표면 코팅하여 Li₄의 분극을 현저히 감소시켰음을 시사합니다. Ti₅ O₁₂ 샘플 및 효과적으로 전기 화학적 성능을 개선했습니다. 또한, 5 wt.% Ag로 코팅된 Li₄의 산화환원 피크 Ti₅ O₁₂ Ag-free Li₄보다 더 날카롭고 큽니다. Ti₅ O₁₂ 이는 적절한 Ag 코팅이 전극의 동적 성능을 향상시킬 수 있음을 나타냅니다.

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Ag-free 및 5wt.% Ag-coated Li₄의 CV 곡선 Ti₅ O₁₂ 합성

Ag-free Li₄의 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 측정 Ti₅ O₁₂ 및 5 중량% Ag 코팅된 Li₄ Ti₅ O₁₂ 10⁵ 의 주파수 범위에서 수행되었습니다. 정전류 사이클 전에 0.01Hz까지. 또한 등가 회로(삽입) 및 해당 임피던스 데이터는 그림 8에 나와 있습니다. 등가 회로에서 Rs 는 전해질, 분리막 및 전극의 전기전도도를 반영하는 전해질 용액 저항을 나타냅니다. (Z와 교차 ^′ 고주파에서 축), R ct는 재료의 전하 이동 저항을 나타냅니다. CPE 는 이중층 및 패시베이션 필름 커패시턴스이며, W 는 저주파 영역에서 리튬 이온 확산과 관련된 Warburg 임피던스입니다. Fitting을 통해 얻은 매개변수는 Table 2와 같다. Fig. 8에서 보는 바와 같이 두 EIS 곡선은 고주파 영역에서 움푹 들어간 반원과 저주파 영역에서 비스듬한 직선으로 구성되어 있다. 반원의 지름은 전하이동 저항을 나타내며 사선은 Warburg 임피던스와 관련이 있습니다[24]. 고주파 영역에서 반원의 임피던스는 전극과 액체 전해질 계면 전하 이동 과정에 해당하며 저주파 영역의 직선은 산화물 구조에서 리튬 이온의 확산 거동으로 표현될 수 있다[25,26, 27,28]. 도 8에서 보는 바와 같이, 5중량% Ag로 코팅된 Li₄의 반원 직경은 Ti₅ O₁₂ 베어 Li₄보다 짧습니다. Ti₅ O₁₂ , 적절한 양의 Ag 코팅이 Li₄의 전자 전도성을 향상시킬 수 있음을 나타냅니다. Ti₅ O₁₂ , 그리고 이것은 전하 전송 프로세스와 관련이 있습니다. 여기서 Li⁺ 전자는 동시에 전극 표면에 도달하여 반응을 완료합니다. 이것은 주로 활성 물질의 표면에 걸친 산화 환원 반응에 달려 있습니다. 5wt.% Ag 코팅 Li₄의 더 작은 전하 이동 저항 Ti₅ O₁₂ 전극/전해질 계면에서 더 빠른 전하 이동 반응을 반영합니다.

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순수 Li₄의 EIS 패턴 Ti₅ O₁₂ 그리고 Li₄ Ti₅ O₁₂ 다양한 Ag 함량으로 코팅

리튬 이온 화학 확산 계수는 다음 식을 사용하여 저주파 영역의 플롯에서 계산할 수 있습니다. (1) [29,30,31,32,33].

$$ {D}_{{\mathrm{Li}}^{+}}=\frac{R^2{T}^2}{2{A}^2{n}^4{F}^4{ C}_{Li}^2{\sigma_w}^2} $$ (1)

여기서 $ {D}_{{\mathrm{Li}}^{+}} $는 리튬 이온 확산 계수, R 기체 상수(8.314 JK mol⁻¹ ), 티 절대 온도(298K), A 는 전극의 표면적, n 전자 전달 반응에 참여하는 분자당 전자의 수, F 는 패러데이 상수(96,500C mol⁻¹ ), C _리 Li₄의 리튬 이온 농도입니다. Ti₅ O₁₂ 전극 및 σ _와 는 Ζ와 다음과 같은 관계를 갖는 바르부르크 인자입니다. _다시 :

$$ {Z}_{\mathrm{re}}={R}_S+{R}_{\mathrm{ct}}+{\sigma}_w\cdot {\오메가}^{- 0.5} $$ (2 )

또한 Z 간의 관계는 _다시 그리고 저주파 주파수의 역제곱근은 그림 9와 같다. EIS로부터 구하고 계산된 모든 매개변수는 Table 2에 요약되어 있다. L}{\mathrm{i}}^{+}} \) 5 wt.% Ag 코팅 Li₄ Ti₅ O₁₂ 6.73 × 10⁻¹¹ 입니다. , 이는 Li₄보다 10배 더 높습니다. Ti₅ O₁₂ (8.69 × 10⁻¹² ). 5 중량% Ag 코팅 Li₄ Ti₅ O₁₂ Ag-free Li₄에 비해 가장 큰 리튬 확산 계수를 가짐 Ti₅ O₁₂ 및 1, 3 및 7 중량% Ag 코팅된 Li₄ Ti₅ O₁₂ Ag로 코팅하는 것이 전자 전도성을 향상시키는 효과적인 방법임을 나타냅니다. 결과적으로, 5wt.% Ag 코팅된 Li₄의 비율 용량 Ti₅ O₁₂ 상당히 개선될 수 있습니다.

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Z의 그래프 _다시 ω에 대한 음모 ^−0.5 Li₄의 저주파 영역에서 Ti₅ O₁₂ 및 Li₄ Ti₅ O₁₂ 다양한 Ag 함량으로 코팅

결론

양극재 구형 Li₄ Ti₅ O₁₂ 높은 탭 밀도를 갖는 /Ag 복합재는 졸-겔 보조 열수법에 의해 제조되었습니다. 전기화학적 테스트는 적절한 양의 Ag 코팅이 Li₄의 전자 전도도를 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. Ti₅ O₁₂ 사이클 안정성을 향상시킵니다. 은의 최적 함량은 5wt.%로 우수한 전기화학적 성능을 얻을 수 있습니다. 그러나 과도한 은 함량은 재료의 전기화학적 특성을 악화시킵니다. 따라서 적절한 Ag 코팅 구형 Li₄ Ti₅ O₁₂ 복합재료는 고용량 및 안전성이 우수한 우수한 리튬 저장 재료이며, 전력 리튬 이온 배터리의 유망한 재료로서 실질적인 잠재력이 있습니다.