ELECTROCHEMICAL BEHAVIOR OF Er-DOPED LITHIUM TITANATE IN WIDE POTENTIAL RANGE

P. V. Kornev; Корнев П. В.; T. L. Kulova; Кулова Т. Л.; A. A. Kuz’mina; Кузьмина А. А.; A. M. Skundin; Скундин А. М.; E. V. Chirkova; Чиркова Е. В.; E. S. Koshel’; Кошель Е. С.; V. M. Klimova; Климова В. М.

doi:10.31857/S0424857023110099

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

Авторы: Корнев П.В.¹^,2, Кулова Т.Л.¹, Кузьмина А.А.¹, Скундин А.М.¹, Чиркова Е.В.¹, Кошель Е.С.³, Климова В.М.⁴
Учреждения:
1. Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
2. ОАО “Красноярский завод цветных металлов им. В.Н. Гулидова”
3. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
4. АО “Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара”
Выпуск: Том 59, № 11 (2023)
Страницы: 726-734
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0424-8570/article/view/232672
DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023110099
EDN: https://elibrary.ru/TKFUPQ
ID: 232672

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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

Об авторах

П. В. Корнев

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН; ОАО “Красноярский завод цветных металлов им. В.Н. Гулидова”

Email: pas-kornev@rambler.ru

31, Leninskii Prospect, build. 4, 119071 Moscow, Russia; 1, Transportnyy proyezd, 660123 Krasnoyarsk, Russia

Россия, 119071, Москва, Ленинский просп., 31, корп. 4; Россия, 660123, Красноярск, Транспортный проезд, 1г

Список литературы

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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