厲害了！鈦酸鋰性能可以這樣提升

由于碳材料的兩大致命缺點(1)充放電過程中體積膨脹容量衰減快;(2)過充時材料表面產(chǎn)生鋰枝晶存在安全隱患;限制了其在鋰電商業(yè)市場的進一步發(fā)展。具有突出的熱穩(wěn)定性以及較高的循環(huán)穩(wěn)定性且安全可靠的“零應變”材料鈦酸鋰應運而生。但鈦酸鋰自身導電性差影響其高倍率性能。目前研究中解決鈦酸鋰導電性差，提高其電化學性能通常采用二類方法:(1)結構設計，包括形貌、尺寸的調控;(2)表面改性。

1. 顆粒的形貌與尺寸調控

納米顆粒

與微米結構材料相比，納米尺寸賦予材料更大的表面積，電極材料與電解液可以更好的接觸，同時縮短鋰離子遷移距離有利于鈦酸鋰材料倍率性能的提升。也有研究表明納米結構的鈦酸鋰材料在充放電過程中增加了單相和固溶態(tài)脫嵌鋰離子的數(shù)量，可提高鋰離子的遷移速率與電導性進而改善電池性能。

用TiO2與鋰鹽通過固相反應合成鈦酸鋰的傳統(tǒng)方法較難對產(chǎn)物的形態(tài)與尺寸進行調控，而目前一些研究者使用的軟化學法與熔融鹽法使形貌調控成為可能。Liu等提出的固態(tài)組裝法(solid state-assembly)制備的Li4Ti5O12/石墨烯復合材料平均粒徑在200~500nm之間，10C倍率充放電1000次循環(huán)后比容量仍有53.4 mAh/g。Ren等采用固相合成法制備Li4Ti5O12/C納米復合物，粒徑可控制在50~200nm，碳層厚度為2~4 nm，在10C倍率下200次循環(huán)后比容量保持95.7%?？梢娂{米結構的調控能有效提高材料在高倍率下的循環(huán)壽命。

孔洞結構

另一種可以減小鋰離子遷移距離并有利于電解液滲透使電解液與電極材料有效接觸的方法是制備具有孔洞結構的納米鈦酸鋰。開放的納米孔洞允許材料充放電過程中更好地適應體積變化，不會出現(xiàn)類似微米級材料因結構不穩(wěn)定而造成性能下降的現(xiàn)象(圖1.)。其次，由于具有大的表面積和短的Li +擴散長度，納米多孔Li4Ti5O12可以快速吸收和存儲大量的Li +，從而提高充放電性能。

He等以碳作為前驅體制得的具有孔洞結構Li4Ti5O12，產(chǎn)物顆粒尺寸為1μm，平均壁厚60 nm，在10C倍率下的放電比容量為100mAh/g,在2C下連續(xù)充放電200次,放電比容量變化不大,保持在150 mAh/g左右。納米SiO2與鈦酸丁酯作為前驅體，采用溶膠-凝膠法合成具有孔洞結構的納米Li4Ti5O12;以單分散聚苯乙烯球作為模板制備出含孔洞結構的納米Li4Ti5O12均具有良好的倍率性能。

圖1. a–d 不同形貌負極材料在鋰離子嵌入過程中結構變化示意圖

微米納米混合結構

上述兩種方法可有效提高鈦酸鋰的倍率性能，但隨著比表面積的增加，材料振實密度降低導致不可逆容量增加、體積能量密度降低。為有效克服這一缺點，制備微米—納米混合結構材料，結合兩種尺寸材料的優(yōu)點以獲得高性能鈦酸鋰是另一種提高材料性能的有效方法。

Tang等利用水熱高溫煅燒方法制備的單分散性Li4Ti5O12介孔微球符合這一思路，粒徑在200~400nm的微球孔間隙為5~10nm，可保存納米粒子的優(yōu)良特性和高振實密度;這種材料在30C倍率下具有114mAh/g的高比容量，且以20 C倍率充放電200次循環(huán)后仍可保持125mAh/g的比容量，表現(xiàn)出作者所說的超高倍率循環(huán)特性。

3 第1頁/共3頁   首頁   下一頁   上一頁   尾頁