锂离子电池用Cr2O3/TiO2复合材料的电化学性能

doi:10.3866/PKU.WHXB20110715

物理化学学报 >> 2011, Vol. 27 >> Issue (07): 1666-1672.doi: 10.3866/PKU.WHXB20110715

锂离子电池用Cr₂O₃/TiO₂复合材料的电化学性能

赵星, 庄全超, 邱祥云, 徐守冬, 史月丽, 崔永丽

中国矿业大学材料科学与工程学院锂离子电池实验室, 江苏徐州 221116

收稿日期:2011-02-24 修回日期:2011-03-30 发布日期:2011-06-28
通讯作者: 庄全超 E-mail:zhuangquanchao@126.com
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(2010LKHX03、2010QNB04、2010QNB05)和中国矿业大学科技攀登计划(ON090237)资助项目

Electrochemical Performance of Cr₂O₃/TiO₂ Composite Material for Lithium Ion Batteries

ZHAO Xing, ZHUANG Quan-Chao, QIU Xiang-Yun, XU Shou-Dong, SHI Yue-Li, CUI Yong-Li

Li-ion Batteries Laboratory, School of Materials Science and Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu Province, P. R. China

Received:2011-02-24 Revised:2011-03-30 Published:2011-06-28
Contact: ZHUANG Quan-Chao E-mail:zhuangquanchao@126.com
Supported by:
The project was supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (2010LKHX03, 2010QNB04, 2010QNB05) and Science and Technology “Climbing” Program of China University of Mining and Technology (ON090237).

摘要/Abstract

摘要：

采用高温固相反应法合成了Cr₂O₃/TiO₂复合材料, 运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等对其结构、形貌和电化学性能进行了表征. 研究结果表明: TiO₂掺杂能够显著改善Cr₂O₃的充放电循环性能, Cr₂O₃/TiO₂复合材料在充放电循环22周后仍有454 mAh·g^-1的可逆循环容量, 容量保持率达到了73.6%, 主要归因于TiO₂掺杂能够显著提高Cr₂O₃的电导率. Cr₂O₃/TiO₂复合材料首次放电过程中由于电极体积膨胀导致的固体电解质相界面(SEI)膜迅速增厚和活性材料电导率的降低可能是其首次充放电过程中存在较大不可逆容量和循环容量衰减的重要原因.

关键词: 锂离子电池, Cr₂O₃/TiO₂复合材料, 转化反应, 电导率, 固体电解质相界面膜

Abstract:

The Cr₂O₃/TiO₂ composite material was prepared by a high-temperature solid-state reaction and its structure, morphology, and electrochemical performance were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), charge-discharge test, cyclic voltammetry (CV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). We found that TiO₂ doping significantly improved the cyclic performance of Cr₂O₃ and the reversible capacity of the Cr₂O₃/TiO₂ composite material was 454 mAh·g^-1 after 22 charge-discharge cycles, therefore, it has a capacity retention of 73.6% and this is mainly due to TiO₂ doping that significantly increases the conductivity of Cr₂O₃. Our results revealed that the initial large irreversible capacity and the capacity fading could be attributed to an increase in the thickness of the solid electrolyte interface (SEI) film and a reduction in the conductivity of the materials. This was caused by a volume expansion of the Cr₂O₃/TiO₂ electrode during the first discharge process.

Key words: Lithium ion battery, Cr₂O₃/TiO₂ composite material, Conversion reaction, Conductivity, Solid electrolyte interface film

赵星, 庄全超, 邱祥云, 徐守冬, 史月丽, 崔永丽. 锂离子电池用Cr₂O₃/TiO₂复合材料的电化学性能[J]. 物理化学学报, 2011, 27(07): 1666-1672.

ZHAO Xing, ZHUANG Quan-Chao, QIU Xiang-Yun, XU Shou-Dong, SHI Yue-Li, CUI Yong-Li. Electrochemical Performance of Cr₂O₃/TiO₂ Composite Material for Lithium Ion Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2011, 27(07): 1666-1672.

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB20110715

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2011/V27/I07/1666

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Electrochemical Performance of Cr₂O₃/TiO₂ Composite Material for Lithium Ion Batteries

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