尖晶石結構鈦酸鋰介紹[朗讀]

尖晶石結構鈦酸鋰（li4ti5o12）負極材料與目前鋰離子電池中廣泛使用的碳負極材料相比，尖晶石結構鈦酸鋰（li4ti5o12）負極材料在鋰離子嵌入、脫出過程中結構幾乎沒有變化，具有較好的安全性和優異的循環性能，是長壽命儲能型鋰離子電池的首選負極材料之一。但鈦酸鋰本身的導電性較差，高倍率性能不好。為了提高其儲鋰動力學，人們通常採用將其納米化並進行碳包覆。但這樣一來，在其電極/電解質介面上會形成與傳統的碳負極材料一樣的固體電解質介面膜（sei），有可能帶來介面問題並影響安全性。課題組的研究人員，在開發新型非碳類無機材料包覆的納米鈦酸鋰材料，提高其介面穩定性和倍率性能方面取得新進展。研究結果以全文的形式發表在j.am.chem.soc.,(2012,134,7874?7879)上。
他們通過調控水熱反應中li:ti投料比，合成出高質量鈦酸鋰納米片負極材料（lto-600）和側麵包覆有金紅石tio2的鈦酸鋰納米片負極材料（lto-rt-600）。他們與中科院物理所和日本的科研人員合作，通過球差校正透射電子顯微鏡（stem）直接觀察到原子級分辨的圖像，證明沿li4ti5o12[001]方向上的確原位生長出1納米厚的金紅石tio2包覆層（圖3）。電化學性能測試表明，金紅石tio2包覆後，鈦酸鋰負極材料的極化降低，比容量、高倍率性能和循環穩定性顯著提高（圖4）。在1c條件下，其比容量為178mahg?1。即使在60c條件下，仍具有110mahg?1的比容量，比包覆前提高了10倍。為了揭示性能提高的原因，他們通過交流阻抗和li擴散係數測量發現，金紅石tio2包覆後，電極材料體系的介面電荷轉移阻抗降低了一半，li的傳輸能力提高了10倍。仔細研究分析發現，這一包覆的高效性在於金紅石tio2僅存在於側面，並未完全包覆鈦酸鋰納米片，因此不會阻礙鋰離子沿li4ti5o12[110]方向的傳輸。此外，由於金紅石tio2在鈦酸鋰使用電壓範圍內也具有儲鋰活性，可以形成具有較高li+/e-傳導能力的lixtio2，並改善鈦酸鋰與電解質介面的傳質過程。這些研究結果不但加深了對非化學計量比鈦酸鋰負極材料的認識，而且為開發新型高效、高安全性電極包覆材料和包覆方法提供了新思路。