【写作竞赛】改善TiO2- (B)不可逆容量损失的新方法

对于电动汽车电池来说,高的倍率性能是至关重要的,纳米结构插层化合物应用于锂离子电池恰好具有这一优异性质,因此受到了广泛的研究。然而这类化合物也伴随着一些缺陷,最明显的是在充放电循环过程中,不可逆容量损失很大,因而限制了能量密度,影响了插层化合物电极在锂离子电池中的应用。

不可逆容量损失的原因通常有以下两种解释:一种是首次放电过程中插入的锂在接下来的充电过程中不能完全移出,另一种是电解液在电极表面发生还原反应。这两种不同的机制中,到底哪种是产生不可逆容量损失的主要机制?尤其对于纳米结构材料,搞清这一问题更为重要。

最近,P. G. Bruce等人深入研究了TiO2– (B) 作为锂离子电池负极材料在充放电过程中不可逆容量损失的变化,提出这种不可逆容量损失来源于电极表面与电解液的化学反应,而不是锂离子的脱出问题。

该研究组结合电化学、TEM、FTIR、XPS等研究方法,证明了TiO2– (B)纳米管在第一次放电过程中的大量不可逆容量损失起源于纳米管与电解液的表面反应,然而对纳米管表面进行修饰,这一不可逆容量损失可以有效降低。例如未处理时,电流密度为C/20,首次放电时库伦效率只有74%,经过C2H5OLi修饰后,同样的电流密度下放电容量为237 mAh g-1,库伦效率提高到93%。分析认为,相比于未处理的TiO2– (B)纳米管,经过修饰的TiO2– (B)纳米管表面主要为Li2CO3,Li2CO3能够稳定界面,表现出较好的倍率性能(5C时放电容量为134 mAh g-1)。

该课题组提出的通过表面修饰改善TiO2– (B)纳米管的不可逆容量损失为我们提供了一种新的方法,证明了纳米结构插层化合物电极虽然存在着较大的不可逆容量损失问题,但只要通过合适的方法进行表面修饰,这一缺点就能有所减缓。该研究工作新近发表在Advanced Energy Materials 期刊上