新型钛酸锂纳米片 放电容量打破175mAh/g极限

    与便携式电子设备相比，电动汽车要求锂离子电池具有更出色的倍率性能和长的循环寿命。研究者们发现了一种“零应变”材料Li4Ti5O12。Li4Ti5O12的充放电平台在1.55V，从而有效避免了SEI膜的生成，极大地提高了锂离子电池的安全性能，能够很好的满足电动汽车对电池的需求。

    但是低电导率和锂离子扩散系数制约了Li4Ti5O12的倍率性能和循环稳定性的提高。为此，研究者们通过离子掺杂，表面包覆导电层以及制备多孔纳米结构等方法来解决这些问题。

    近日，北京大学徐东升教授、李琦教授等人通过简单的三步水热法制备出了由超薄Li4Ti5O12纳米片(HLTO-NS)组装的分级结构微球。该Li4Ti5O12微球表现出良好的电化学性能。


    通过三步水热法制备的HLTO-NS微球很好的避免了颗粒易团聚的缺点，海胆状的微球尺径分布在1-5μm之间，处理后的微球形貌也没有发生明显的改变。锂和钛的摩尔比是控制产品纯净度的重要因素：当Li:Ti=1.5时，可得到纯净的HLTO-NS微球。在1, 2, 5, 10, 15, 20, 50C的倍率下，放电容量分别为179, 171, 167, 162, 159, 156, 150 mAh/g (理论比容量为175 mAh/g)。

    随着电流密度的提高，HLTO-NS的比容量下降的非常缓慢。巨大的比表面积，使其比容量超过了Li4Ti5O12的理论值。在20 C倍率下循环3000次后，HLTO-NS的比容量仍高达126 mAh/g。

    HLTO-NS微球作为锂离子电池负极材料所表现出的优异性能归功于以下几点：

    本文提出的超薄纳米片平均厚度为6.6 ± 0.25 nm，Li+和电子可直接经过表面纳米片传输，缩短了传输距离;

    分层结构促进电解质对电极的浸润，提高了锂离子从电解质进入到纳米片中的速率;

    大尺寸的分层微球可以提供更好的结构稳定性和集流体有更好的接触，进而延长循环寿命。