超薄纳米片组成的分级结构钛酸锂微球:具有快速充放电和长循环寿命的锂离子电池负极材料

随着电动汽车的快速发展,人们对于动力电池的需求越来越迫切,快速充放电和长循环寿命是其中的两项关键要求。钛酸锂材料由于具有“零应变”性质使得其在在充放电过程中具有较好的可逆性和结构稳定性,具有快速充放电性能和长循环寿命的潜力。然而,钛酸锂材料本征电导率低和离子扩散速率慢的缺点严重限制了其性能的发挥。

北京大学徐东升教授课题组发展了一种制备具有快速充放电性能和长循环寿命的钛酸锂材料的方法。他们团队通过多步水热的方法制备了由超薄纳米片组装成的分级结构钛酸锂微球,兼具纳米级材料和微米级材料的优点,使得钛酸锂能表现出优异的电化学性能。该钛酸锂分级结构微球的粒径为1-5 μm,纳米片厚度约为6.6 nm,有效地缩短了离子和电子的扩散路径,显著改善了钛酸锂材料电导率低和离子扩散速率慢的问题。该钛酸锂分级结构微球也具有较高的比表面积(178 m2 g–1),增大了其与电解液的接触面积进而增加了电化学反应位点的数目,有助于提高电池的电化学性能。该材料具有良好的倍率性能,在2C、5C、10C、15C、20C、50C的倍率下的平均放电比容量分别为171 mAh g−1、167 mAh g−1、162 mAh g−1、159 mAh g−1、156 mAh g−1和150 mAh g−1。在较高的倍率下,仍能展现出较好的循环性能。在20C倍率下循环3000圈后容量仍能达到126 mAh g-1。这些结果表明,这种由超薄纳米片组成的分级结构钛酸锂微球具有非常好的快速充放电性能和长循环寿命,为电极材料的结构设计提供了一条新的途径。相关论文发表在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.201700950)上。

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