Wpływ obecności jonów miedzi w strukturze spinelu Li4Ti5O12 na jego właściwości elektrochemiczne

• Autorzy: Olszewska D. , Drobniak A. , Zając W. , Świerczek K. , Molenda J.

Warianty tytułu

EN

The influence of Cu ions in the Li4Ti5O12 spinel structure on electrochemical properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ogniwa litowe zostały opracowane w latach 70. XX wieku przez Whittinghama. Wtedy jako anodę stosowano lit metaliczny. Obecnie lit zastępowany jest najczęściej przez grafit. Chociaż anody węglowe są o wiele bardziej stabilne w porównaniu z metalicznym litem, to poszukiwane są alternatywne materiały, które mogą zastąpić grafit. Wśród nich jest LTO - spinel Li4Ti5O12. Właściwości elektrochemiczne LTO mogą być zmieniane przez domieszkowanie jonami metali przejściowych takich jak: Ni3+, Co3+, Fe3+, Mn3+, V5+. Głównym celem tej pracy jest badanie wpływu obecności jonów miedzi na strukturę i właściwości modyfikowanego spinelu. Domieszkowane materiały zostały przygotowane metodą stałotlenkową. Scharakteryzowano je pod względem składu fazowego, struktury krystalicznej oraz pojemności w cyklach ładowania/rozładowania. Badania wykazały, że stosując metodę wysokotemperaturowej reakcji w fazie stałej można uzyskać zróżnicowane pod względem zawartości faz Li4-xCuxTi5O12, TiO2 oraz Li2TiO3 materiały o strukturze spinelu. Niektóre z tych materiałów wykazały stabilną pojemność, jednak znacznie odbiegającą od pojemności teoretycznej, dla początkowych cykli ładowania i rozładowania. Jednak uzyskanie materiału tego typu o zbliżonej charakterystyce, ale pod znacznie większymi obciążeniami, wymaga jednak dalszej optymalizacji.

EN

Lithium cells have been developed in the 70's of the 20th century by Whittingham. At that time, a lithium metal anode was used. Currently, the lithium is replaced by graphite. Although the carbon anodes are much more stable when compared to metallic lithium, alternative materials are searched to replace graphite. Spinel lithium titanium, Li4Ti5O12 (LTO) is among them. Electrochemical LTO can be changed by doping with transition metal ions such as Ni3+, Co3+, Fe3+, Mn3+ and V5+. The main objective of this work is to study the impact of the presence of copper ions on the structure and properties of the modified spinel. Doped materials have been prepared by the solid oxides method. The materials were characterized in terms of phase composition, crystalline structure and capacity of charge/discharge cycles. Studies have shown that, using the method of high-temperature solid-phase reactions, spinel structured materials can be obtained that are diverse in terms of the phase content of Li4-xCuxTi5O12, TiO2 and Li2TiO3. Some of these materials have shown a stable capacity, but significantly different from the theoretical values, for the initial charging and discharging cycles at a relatively low speed. However, material of this type with similar characteristics but working under higher loads requires further study.

Słowa kluczowe

PL

Li4Ti5O12; synteza; materiał anodowy; spinel; bateria litowa

EN

Li4Ti5O12; synthesis (MA); anode material; spinel; lithium battery

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 3
• Strony: 316--320
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Olszewska D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Drobniak A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Zając W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Świerczek K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Molenda J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Manthiram, A., Materials aspects: An overview, w Lithium batteries. Science and Technology, Red. G.A. Nazri, G. Pistoia, Kluwer Acadeic Publishers, 2004, 3-41.
• [2] Whittingham, M. S.: Electrical energy storage and intercalation chemistry, Science, 192, (1976), 1126-1127.
• [3] Verma, P., Maire, P., Novák, P.: Electrochim. Acta, 55, (2010), 6332 - 6341.
• [4] Ferg, E., Gummow, R. J., de Kock, A., Thackeray, M. M.: Spinel Anodes for Lithium-Ion Batteries, J. Electrochem. Soc., 141, (1994), L147-L150.
• [5] Amatucci, G. G., Badway, F., du Pasquier, A., Zheng, T.: An Asymmetric Hybrid Nonaqueous Energy Storage Cell, J. Electrochem. Soc., 148, (2001), A930-A939.
• [6] Scharner, S., Weppner, W., Schmid-Beurmann, P.: Evidence of Two-Phase Formation upon Lithium Insertion into the Li1.33Ti1.67 O 4 Spinel, J. Electrochem. Soc., 146, (1999), 857-861.
• [7] Chen, C. H., Vaughey, J. T., Jansen, A. N., Dees, D. W, Kahaian, A. J., Goacher, T., Thackeray, M. M.: Studies of Mg-Substituted Li4−xMgxTi5O12 Spinel Electrodes (0≤x≤1) for Lithium Batteries, J. Electrochem. Soc., 148, (2001), A102-A104.
• [8] Wang, J., Zhao, H., Yang, Q., Zhang, T., Wan, J.: Electrochemical characteristics of Li4−xCuxTi5O12 used as anode material for lithium-ion batteries, Ionics, 19, (2013), 415-419.