Synthèse d'un matériau d'anode sphérique Li4Ti5O12 revêtu d'argent par une méthode hydrothermale assistée par sol-gel

Faits saillants

1. 1.

   Li₄ sphérique Ti₅ O₁₂ Les composites /Ag ont été synthétisés via une méthode hydrothermale assistée par sol-gel en utilisant de l'éthylène glycol et un mélange de nitrate d'argent comme précurseur de la couche de revêtement, ce qui a considérablement amélioré la conductivité électronique et les performances électrochimiques de Li₄ Ti₅ O₁₂ .

2. 2.

   La morphologie sphérique pourrait induire une grande densité de prise et par conséquent augmenter la densité d'énergie volumétrique.

Contexte

Au cours de la dernière décennie, les batteries lithium-ion rechargeables (LIB) ont démontré de nombreux avantages. Ils sont légers; avoir une petite taille, une tension élevée et une densité d'énergie élevée ; et ont suscité un vif intérêt en tant que dispositif de stockage d'énergie électrochimique pour réduire les émissions de gaz d'échappement et pour l'économie de carburant [1, 2]. Cependant, le prix des précurseurs du lithium, les problèmes de sécurité et de durée de vie et la faible densité de puissance sont des obstacles à l'application des LIB pour le stockage d'énergie à grande échelle à l'avenir [3]. Par conséquent, pour développer des matériaux de substitution pour répondre aux exigences de sécurité du stockage à grande échelle, de gros efforts ont été faits [4].

Titanate de lithium spinelle cube (Li₄ Ti₅ O₁₂ ), les matériaux d'anode des batteries Li-ion, sont devenus un matériau prometteur en raison de leur caractéristique structurelle de contrainte nulle pendant le processus d'intercalation et de désintercalation de Li₄ Ti₅ O₁₂ [5,6,7,8,9]. Ce matériau a une tension d'insertion et d'extraction de lithium de plate-forme de ~ 1,55 V (vs Li/Li ⁺ ), évitant la formation de films d'interface d'électrolyte solide (SEI) consommant du lithium, ce qui devrait être bénéfique pour améliorer la sécurité et le bon cyclage des LIB. Par conséquent, Li₄ Ti₅ O₁₂ est devenu l'un des matériaux potentiels dans les applications commerciales et la recherche scientifique. Li₄ Ti₅ O₁₂ a été préparé via diverses méthodes, par exemple, le dépôt à l'état solide, autocatalytique, les micro-ondes et la méthode sol-gel. Concernant la méthode à l'état solide, certaines études ont montré qu'elle a une voie de synthèse simple et un faible coût de synthèse en raison de la distance plus courte pour Li ⁺ diffusion et transfert d'électrons, Li₄ Ti₅ O₁₂ présente une excellente capacité de vitesse, mais la réaction à l'état solide ne peut pas fournir une morphologie uniforme avec une taille étroite. Cependant, le processus de dépôt autocatalytique a une voie de synthèse complexe. Pour la synthèse sol-gel de Li₄ Ti₅ O₁₂ , plusieurs chercheurs ont signalé qu'il peut produire des produits avec une distribution uniformément homogène et des particules étroites avec un bon contrôle stoechiométrique.

Malgré ces nombreux avantages, les inconvénients majeurs de Li₄ Ti₅ O₁₂ sont sa mauvaise conductivité électronique et ionique et son coefficient de diffusion Li-ion lent, qui se traduit par une faible capacité de débit. De nombreuses stratégies, y compris la réduction de la taille des cristallites [10], le dopage avec des ions métalliques à haute valence [11,12,13] et le revêtement avec des phases conductrices [14,15,16,17], ont été adoptées pour améliorer le transport décharge/charge propriétés des électrodes. De plus, une autre façon d'améliorer la conductivité électronique consiste à synthétiser du Li₄ nanostructuré. Ti₅ O₁₂ . Les nanostructures offrent une plus grande surface de contact électrode/électrolyte pour augmenter la cinétique d'intercalation et réduire les chemins de diffusion pour accélérer Li ⁺ et le transport d'électrons [18]. Parmi ces approches, le moyen le plus efficace pour améliorer les propriétés électrochimiques de Li₄ Ti₅ O₁₂ est la modification de surface conductrice. Aslihan et al. [2] Li₄ synthétisé Ti₅ O₁₂ via la méthode sol-gel, puis le Li₄ tel que synthétisé Ti₅ O₁₂ a été revêtu en surface d'argent par dépôt autocatalytique. Les résultats ont montré que le revêtement d'argent (revêtement Ag) fournit une matrice hautement conductrice pour Li ⁺ insertion, améliorant la conductivité électronique. Zhu et al. [19] Li₄ nano-dimensionné enrobé de carbone préparé Ti₅ O₁₂ microsphères nanoporeuses avec une capacité de taux remarquable via un processus de pré-revêtement de carbone en combinaison avec une méthode de séchage par atomisation, et a indiqué que les particules sphériques de la taille d'un micron induisent une grande densité de pression, entraînant une amélioration de la densité d'énergie volumétrique. Cependant, comment synthétiser du Li₄ micronique revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ particules sphériques via une méthode hydrothermale assistée par sol-gel n'a pas été signalée.

Nous rapportons ici une méthode hydrothermale assistée par sol-gel pour synthétiser le Li₄ sphérique de la taille d'un micron Ti₅ O₁₂ /Ag composite utilisant de l'éthylène glycol et un mélange de nitrate d'argent comme précurseur, et la teneur du revêtement Ag a été ajustée en contrôlant la quantité d'élément argent dans le précurseur. Les propriétés électrochimiques du Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag avec une morphologie sphérique ont été étudiés en détail.

Expérimental

Synthèse de Pristine Li₄ Ti₅ O₁₂ et Modification de sa Surface avec Ag

Synthèse du précurseur sphérique via la méthode Sol-Gel

Le précurseur sphérique glycolate de titane (TG) a été synthétisé par la méthode sol-gel. Tout d'abord, 2 ml de titanate de tétrabutyle ont été ajoutés lentement à la solution, qui contenait AgNO₃ (en quantité appropriée pour être soluble dans 50 mL de glycol), sous agitation vigoureuse pour former la solution de précurseur. Deuxièmement, la solution de précurseur a été ajoutée à un mélange de 150 ml d'acétone qui contenait 0,1 ml de Tween 80, et l'agitation a été poursuivie pendant 1 h à température ambiante pour former des précipités. Ensuite, les précipités ont été vieillis pendant 8 h, séparés par filtration et lavés deux fois avec de l'alcool anhydre. Enfin, les poudres précurseurs ont été obtenues par traitement thermique à 80°C pendant 6h en étuve suivi d'un broyage.

Synthèse de Li Sphérique₄ Ti₅ O₁₂ /Ag

Le Li₄ sphérique Ti₅ O₁₂ /Ag a été préparé par la méthode hydrothermale. Tout d'abord, LiOH·H₂ O et le précurseur dans un rapport molaire de 3,9:1 ont été mélangés de manière homogène en agitant avec 40 ml d'alcool comme milieu pendant 1 h pour former un mélange, qui a ensuite été chauffé à 180 ° C pendant 12 h dans des articles en téflon scellés jusqu'à ce qu'ils précipitent. ont été obtenus. Deuxièmement, les précipités ont été collectés par centrifugation (5000 tr/min, 5 min) et lavés plusieurs fois avec de l'éthanol anhydre. Ensuite, ils ont été séchés dans une étuve à 80°C pendant 2 h. Enfin, les précipités ont été chauffés dans un four à moufle à 700 °C pendant 2 h (vitesse de chauffe de 5 °C·min ⁻¹ ) à l'air après avoir été broyés puis refroidis naturellement à température ambiante pour obtenir des Li₄ sphériques Ti₅ O₁₂ /Poudre d'Ag.

Caractérisation des matériaux

La structure du Li₄ Ti₅ O₁₂ les échantillons ont été identifiés par diffraction des rayons X (XRD, Rigaku D/max-PC2200) en utilisant une source de rayonnement Cu Kα (λ =0,15405 nm) avec une vitesse de balayage de 4 °min ⁻¹ de 10° à 80° et fonctionnant à 40 KV et 20 mA. La morphologie et la granulométrie des matériaux ont été explorées via SEM (microscopie électronique à balayage, Supra 55 Zeiss) et TEM (microscopie électronique à transmission, JEOL-2100).

Mesures électrochimiques

Les performances électrochimiques des produits ont été testées à l'aide d'une pile bouton CR2025. Les électrodes de travail ont été préparées en mélangeant 80 % en poids de Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag de matières actives, 10 % en poids de Super-P conducteur et 10 % en poids de liant fluorure de polyvinylidène (PVDF) dans un solvant N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) pour former une suspension uniforme. Ensuite, la suspension a été coulée sur une feuille d'aluminium et séchée sous vide à 80 °C pendant 12 h pour éliminer le solvant résiduel. Ensuite, la feuille a été pressée et coupée en disques. Une membrane microporeuse en polypropylène Celgard 2400 et une feuille de lithium ont été utilisées comme séparateur et électrode négative, respectivement. La solution d'électrolyte était 1 M LiPF₆ dans le carbonate d'éthylène (EC), le carbonate de diméthyle (DMC) et le carbonate d'éthylène méthyle (EMC) dans un rapport volumétrique de 1:1:1. Les cellules ont été assemblées dans une boîte à gants remplie d'argon, où les niveaux d'humidité et d'oxygène ont été maintenus en dessous de 1 ppm. Les tests électrochimiques des produits ont été évalués à l'aide d'un système de test LAND CT2001A (Wuhan, Chine). Les tests de voltamétrie cyclique (CV) ont été enregistrés sur une station de travail électrochimique CHI600A à 0,1 mV s ⁻¹ taux de balayage de 1,0 à 2,5 V (vs Li/Li ⁺ ). Les mesures EIS ont été effectuées dans la plage de fréquences de 100 KHz à 10 mHz avec une perturbation de 5 mV.

Résultats et discussion

Propriétés structurelles et morphologiques

L'effet de la quantité d'additif Ag sur le Li₄ Ti₅ O₁₂ Les poudres /Ag ont été étudiées. Les modèles XRD du Li₄ sphérique revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ les composites sont donnés dans la Fig. 1. On peut facilement voir que les principaux pics de diffraction de tous les échantillons apparaissent à 18,4°, 35,54°, 43,2°, 57,2°, 62,8° et 66,1° et sont indexés comme le (111), (311), (400), (333), (440) et (531), respectivement. Que les pics sont en bon accord avec le Li₄ Ti₅ O₁₂ diagramme de diffraction standard [20], à l'exception des diagrammes caractéristiques du métal Ag (2θ =38,1°, 44,3°, 64,4°). Aucun pic de diffraction d'impuretés n'a été détecté dans aucun des échantillons. De plus, l'intensité maximale de l'argent augmentait en conséquence à mesure que la quantité d'Ag augmentait.

Modèles XRD du Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag. (un ) 0 % en poids, (b ) 1 % en poids, (c ) 3 % en poids, (d ) 5 % en poids, et (e ) 7 % en poids

Paramètres de maille du Li₄ Ti₅ O₁₂ Des échantillons de /Ag avec différents revêtements d'Ag sont fournis dans le tableau 1. Aucun changement significatif avec l'augmentation de la teneur en Ag n'a été observé. Ainsi, il a été suggéré que l'argent est principalement enduit sous la forme d'Ag élémentaire sur la surface de Li₄ Ti₅ O₁₂ particules mais ne pénétrant pas dans le réseau du spinelle Li₄ Ti₅ O₁₂ . Parce que le rayon ionique de Ag ⁺ (0,126 nm) est sensiblement plus grand que celui du Ti ⁴⁺ (0,068 nm), le Li₄ tel que synthétisé Ti₅ O₁₂ L'échantillon /Ag était juste un composite du métal Ag et du Li₄ Ti₅ O₁₂ phase.

La figure 2 montre les images SEM du précurseur tel que préparé (a₁ -e₁ ) et Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag (a₂ -e₂ ). Comme le montre la figure 2, tous les échantillons présentent une structure sphérique uniforme avec une distribution de taille étroite de 5 à 10 m, ce qui est bénéfique pour un contact entre les matériaux actifs et l'électrode. D'après les images SEM, le précurseur sphérique, les particules de glycolate de titane (TG), montre une ligne lisse, tandis que le Li₄ Ti₅ O₁₂ /Les particules d'Ag présentent une ligne grossière. De plus, une bonne dispersion pourrait agrandir la zone de contact électrode-électrolyte et accélérer considérablement le transport de Li ⁺ et électron. Cependant, la surface du Li₄ Ti₅ O₁₂ Les échantillons de /Ag ne sont évidemment pas plus lisses que ceux du précurseur tel que préparé et du glycolate de titane, et ils existent dans une certaine mesure sous forme d'agglomération. De plus, les tailles de particules de différents Li₄ Ti₅ O₁₂ Les composites /Ag sont beaucoup plus gros que ceux du Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂; cependant, le phénomène d'agglomération devient plus évident avec une augmentation de la teneur en argent.

Images SEM du précurseur et du Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag. (un ) 0 % en poids, (b ) 1 % en poids, (c ) 3 % en poids, (d ) 5 % en poids, (e ) 7 % en poids

La distribution de l'argent à l'intérieur des particules de la taille du micron a été étudiée plus avant, et des analyses MET et HRTEM ont été fournies sur la figure 3. Les images MET (Fig. 3a) montrent que les 5 % en poids d'Ag revêtus -sphérique Li₄ Ti₅ O₁₂ les particules sont uniformément recouvertes d'une couche d'argent d'une épaisseur de 3 à 4 nm, indiquant que la couche d'argent construit un réseau conducteur à la surface de l'ensemble du matériau, ce qui facilite le transport des ions lithium et des électrons. Comme le montre la figure 3b, la surface du micron Li₄ Ti₅ O₁₂ /Les particules d'Ag ne sont pas lisses et le d -espacement des 5 % en poids de Li₄ revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ particules est de 0,484 nm, ce qui correspond bien à celui du plan LTO (111). Cela suggère qu'aucune nouvelle phase n'a été générée à la surface des particules LTO, mais qu'il y avait une fine couche de revêtement sur les particules.

(un ) TEM et (b ) Images HRTEM du Li₄ revêtu d'argent à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ , dans laquelle la "ligne" indique la couche d'argent enduite

Propriétés électrochimiques

La figure 4 montre les premières courbes de charge-décharge du micron sphérique Li₄ Ti₅ O₁₂ /Électrodes d'Ag revêtues de différentes teneurs en Ag à différents taux. Comme on peut le voir sur la figure 4, tous les profils présentent un plateau de tension extrêmement plat de 1,55 V (vs Li/Li ⁺ ), indiquant une transition à deux phases entre Li₄ Ti₅ O₁₂ et Li₇ Ti₅ O₁₂ pour l'insertion de lithium [21]. La plate-forme de tension de Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag composites est plus long que celui de Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ . Avec une teneur croissante en Ag, pour une plate-forme de décharge plus longue du Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag composites, la capacité de maintenir la plate-forme est plus forte, ce qui suggère qu'une bonne conductivité électronique peut réduire efficacement la polarisation du matériau pendant le processus de réaction de l'électrode et améliorer l'utilisation du matériau.

Les courbes de charge-décharge initiales avec différentes densités de courant du Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag. (un ) 0 % en poids, (b ) 1 % en poids, (c ) 3 % en poids, (d ) 5 % en poids, (e ) 7 % en poids

Comme le montre la figure 4, Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ a fourni une capacité initiale spécifique à la décharge de 167,62 mAh g ⁻¹ à un taux de 0,5C, alors que la capacité délivrée du Li₄ sphérique micronisé revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ les composites ont augmenté avec l'augmentation de la quantité d'argent :170,10, 179,54 et 186,34 mAh g ⁻¹ pour 1, 3 et 5 % en poids, respectivement. Mais 7 % en poids de Li₄ revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ présentait un comportement quelque peu différent. La capacité spécifique à la décharge délivrée diminuait avec l'augmentation de la quantité d'argent :175,86 mAh g ⁻¹ pour 7 % en poids. Le Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ a obtenu la capacité de décharge initiale la plus élevée et les capacités initiales spécifiques à la décharge ont atteint 186,34, 172,47, 154,12 et 136,06 mAh g ⁻¹ aux courants spécifiques de 0,5, 1, 5 et 10C, respectivement. En raison de la mauvaise conductivité électronique et de la lenteur du Li ⁺ diffusion, le matériau présente une grande polarisation à des taux de charge/décharge élevés. L'additif Ag hautement conducteur peut améliorer considérablement la réaction d'intercalation de surface et réduire la polarisation [20, 22]. Même la teneur en Ag la plus élevée (7% en poids) peut fournir le plateau de tension le plus long, et l'argent métallique lui-même ne peut pas être complètement intercalé dans le lithium. Au lieu de cela, la teneur élevée en Ag entraînera une diminution de la capacité spécifique de Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag. Par conséquent, une teneur en argent appropriée peut non seulement améliorer efficacement la conductivité du Li₄ Ti₅ O₁₂ et réduire la polarisation du Li₄ Ti₅ O₁₂ dans le processus de réaction, mais peut également réduire la perte de capacité réversible due au revêtement Ag.

Les capacités de débit du Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ et 5 % en poids de Li₄ revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ composite ont été analysés à des densités de courant de 0,5, 1, 5 et 10C, et les résultats sont présentés sur la figure 5. Comme indiqué, la capacité initiale du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ composite à 5C était de 154,12 mAh g ⁻¹ . Après 30 cycles, la capacité était toujours maintenue à 150,50 mAh g ⁻¹ , conservant plus de 97,65 % de la capacité initiale. Lorsqu'elle a été augmentée à 10C, la capacité de décharge a apparemment chuté de 136,06 mAh g ⁻¹ à 130,81 mAh g ⁻¹ après 30 cycles. Alors que l'efficacité de rétention de la capacité pourrait encore être maintenue à 96,14 %. De plus, les performances cyclistes du Li₄ Ti₅ O₁₂ /Ag composite était significativement meilleur que celui du Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ à divers taux de charge-décharge. Comme le montre la figure 6a, avec une teneur en argent appropriée de 5 % en poids, le Li₄ revêtu d'argent Ti₅ O₁₂ a fourni la capacité la plus élevée de 186,34 mAh g ⁻¹ à 0,5C, ce qui est supérieur à celui des autres échantillons, et a maintenu 92,69% de sa capacité initiale à 5C après 100 cycles. Même à 10 °C après 100 cycles (Fig. 6b), il avait toujours une rétention de capacité de 89,17 %, démontrant une stabilité de cycle remarquable. Les résultats suggèrent que dans des conditions expérimentales favorables, le Li₄ Ti₅ O₁₂ Le revêtement d'Ag de surface a non seulement amélioré la conductivité électronique et ionique, mais a également évidemment augmenté le transport d'électrons pendant la réaction d'insertion/extraction du lithium et a considérablement amélioré la stabilité du cycle du Li₄ Ti₅ O₁₂ .

Capacité de dosage du Li₄ sans Ag et du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ sous différents tarifs en vigueur

Les performances cyclistes du Li₄ sans Ag et du Li₄ à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ à 5 °C (a ) et 10 °C (b )

La figure 7 présente les voltamogrammes cycliques (CV) du Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ et 5 % en poids de Li₄ revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ composite obtenu à une vitesse lente de 0,1 mV s ⁻¹ . De toute évidence, des pics redox réversibles entre 1,0 et 2,5 V ont été obtenus, qui sont attribués à l'insertion et à l'extraction d'ions lithium, suggérant aucune formation de phase intermédiaire pendant l'insertion et la désinsertion du lithium. Pendant ce temps, l'aire du pic redox de ces deux courbes est presque égale, indiquant une efficacité coulombienne élevée [23]. Les différences de potentiel entre les pics d'oxydation et de réduction du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ est de 0,244 V, ce qui est légèrement inférieur à celui du Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ (0,24 V). Cela suggère qu'un revêtement de surface approprié de l'additif Ag hautement conducteur a considérablement réduit la polarisation du Li₄ Ti₅ O₁₂ échantillon et amélioré efficacement ses performances électrochimiques. De plus, les pics redox du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ sont plus tranchants et plus gros que ceux du Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ , ce qui indique qu'un revêtement Ag approprié peut améliorer les performances dynamiques de l'électrode.

Courbes CV du Li₄ sans Ag et du Li₄ à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ composite

Mesures par spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) de Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ et 5 % en poids de Li₄ revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ ont été menées dans la gamme de fréquences de 10 ⁵ à 0,01 Hz avant les cycles galvanostatiques. De plus, le circuit équivalent (encart) et les données d'impédance correspondantes sont illustrés à la Fig. 8. Dans le circuit équivalent, Rs représente la résistance de la solution électrolytique, qui reflète la conductivité électrique de l'électrolyte, du séparateur et des électrodes. (intersection avec le Z ^′ axe à haute fréquence), R ct montre la résistance de transfert de charge dans les matériaux, CPE est la capacité du film double couche et passivation, et W est l'impédance de Warburg, qui est liée à la diffusion des ions lithium dans la région des basses fréquences. Les paramètres obtenus par ajustement sont répertoriés dans le tableau 2. Comme le montre la figure 8, les deux courbes EIS étaient composées d'un demi-cercle déprimé dans la région des hautes fréquences et d'une ligne droite oblique dans la région des basses fréquences. Le diamètre du demi-cercle représente la résistance de transfert de charge, et la ligne droite oblique est liée à l'impédance de Warburg [24]. L'impédance des demi-cercles dans la région des hautes fréquences correspond au processus de transfert de charge de l'interface entre l'électrode et l'électrolyte liquide, et la ligne droite dans la région des basses fréquences peut être exprimée comme le comportement de diffusion des ions lithium dans la structure d'oxyde [25,26, 27,28]. Comme le montre la figure 8, le diamètre du demi-cercle du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ est plus courte que celle de Li₄ nu Ti₅ O₁₂ , indiquant qu'une quantité appropriée de revêtement d'Ag pourrait améliorer la conductivité électronique de Li₄ Ti₅ O₁₂ , et cela a à voir avec le processus de transfert de charge, où Li ⁺ et les électrons atteignent la surface de l'électrode simultanément pour achever la réaction. Cela dépend principalement de la réaction d'oxydoréduction à travers la surface des matériaux actifs. La plus petite résistance de transfert de charge du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ reflète des réactions de transfert de charge plus rapides à leurs interfaces électrode/électrolyte.

Modèles EIS du Li₄ pur Ti₅ O₁₂ et le Li₄ Ti₅ O₁₂ enrobé de différentes teneurs en Ag

Le coefficient de diffusion chimique des ions lithium peut être calculé à partir du tracé dans la région des basses fréquences en utilisant l'équation suivante. (1) [29,30,31,32,33].

Ici, \( {D}_{{\mathrm{Li}}^{+}} \) est le coefficient de diffusion lithium-ion, R est la constante des gaz (8,314 JK mol ⁻¹ ), T est la température absolue (298 K), A est la surface de l'électrode, n est le nombre d'électrons par molécule participant à la réaction de transfert électronique, F est la constante de Faraday (96 500 C mol ⁻¹ ), C _Li est la concentration d'ions lithium dans le Li₄ Ti₅ O₁₂ électrode, et σ _w est le facteur de Warburg, qui a la relation suivante avec Ζ _re :

De plus, la relation entre Z _re et la racine carrée réciproque de la fréquence dans la basse fréquence est indiquée sur la figure 9. Tous les paramètres obtenus et calculés à partir de l'EIS sont résumés dans le tableau 2. Comme indiqué dans le tableau 2, \( {D}_{\mathrm{ L}{\mathrm{i}}^{+}} \) du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ est 6,73 × 10 ⁻¹¹ , qui est un ordre de grandeur supérieur à celui de Li₄ Ti₅ O₁₂ (8,69 × 10 ⁻¹² ). Le Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ a le plus grand coefficient de diffusion du lithium par rapport à celui du Li₄ sans Ag Ti₅ O₁₂ et 1, 3 et 7 % en poids de Li₄ revêtu d'Ag Ti₅ O₁₂ composites, indiquant que le revêtement avec Ag est un moyen efficace d'améliorer la conductivité électronique. Par conséquent, la capacité de débit du Li₄ revêtu d'Ag à 5 % en poids Ti₅ O₁₂ peut être considérablement amélioré.

Graphique de Z _re comploté contre ω ^−0,5 dans la région des basses fréquences pour le Li₄ Ti₅ O₁₂ et Li₄ Ti₅ O₁₂ enrobé de différentes teneurs en Ag

Conclusions

Matériaux d'anode sphérique Li₄ Ti₅ O₁₂ Des composites /Ag avec une densité tassée élevée ont été préparés par une méthode hydrothermale assistée par sol-gel. Les tests électrochimiques montrent que la quantité appropriée de revêtement Ag peut améliorer considérablement la conductivité électronique de Li₄ Ti₅ O₁₂ et améliorer la stabilité du cycle. La teneur optimale en argent est de 5 % en poids, ce qui permet d'obtenir d'excellentes performances électrochimiques. Cependant, la teneur excessive en argent aggravera les propriétés électrochimiques du matériau. Par conséquent, un Li₄ sphérique revêtu d'Ag approprié Ti₅ O₁₂ Le composite est un matériau de stockage de lithium supérieur avec une capacité élevée et une excellente sécurité, et il a un réel potentiel en tant que matériau prometteur dans les batteries lithium-ion de puissance.