具有优异倍率性能和循环性能的高密度微孔棒状钛酸锂材料

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图1高密度棒状微孔钛酸锂材料的合成路线(a)、形貌(b) 和倍率性能(c)

众多负极材料中以零应变材料著称的钛酸锂电极材料具有良好的快速和低温充电性能,较高的充放电平台,能够抑制固态电解质(SEI)膜以及锂枝晶的形成,具有良好的大规模应用前景。然而钛酸锂本征电子电导率较低,离子迁移速率较慢,制约了其倍率充放电性能的发挥。纳米级钛酸锂能够实现高倍率性能,然而其比表面积较大、振实密度低且与电解液的不可逆反应大,因此不利于开发兼具高体积能量密和质量能量密度锂离子动力电池。清华大学深圳研究生院贺艳兵研究组发展了一种兼具优异倍率和循环性能的高密度微米级棒状钛酸锂材料的制备方法。通过在合成微米级钛酸锂前驱体中引入碳酸氢铵造孔剂,能够在由纳米级钛酸锂颗粒生长致密结构微米级棒状钛酸锂材料中原位构造微孔,上述微孔能够很好的实现对电解液及锂离子的输运,同时不会明显增加材料的比表面积和降低材料的振实密度,从而使材料在较高的密度下实现优异的倍率性能与循环性能。制备的微米级棒状微孔钛酸锂具有较小的比表面积(6.11 m2 g−1),高的振实密度(1.20 g cm−3),高的离子导电率(5.53×10-12 cm-2 s-1),材料10C和30C充放电比容量分别为141.0 和 129.3 mAh g-1, 10C/10C循环500次与1000次容量保持率分别为94%和83.3%。因此该工作发展的通过在前驱体中引入造孔剂实现微米级材料中原位制造微孔是一种有效提升锂离子电池电化学性能的方法。相关结果发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.201600311)上。

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