與便攜式電子設(shè)備相比，電動(dòng)汽車要求鋰離子電池具有更出色的倍率性能和長(zhǎng)的循環(huán)壽命。研究者們發(fā)現(xiàn)了一種“零應(yīng)變”材料Li4Ti5O12。Li4Ti5O12的充放電平臺(tái)在1.55V，從而有效避免了SEI膜的生成，極大地提高了鋰離子電池的安全性能，能夠很好的滿足電動(dòng)汽車對(duì)電池的需求。

    但是低電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)制約了Li4Ti5O12的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的提高。為此，研究者們通過(guò)離子摻雜，表面包覆導(dǎo)電層以及制備多孔納米結(jié)構(gòu)等方法來(lái)解決這些問(wèn)題。

    近日，北京大學(xué)徐東升教授、李琦教授等人通過(guò)簡(jiǎn)單的三步水熱法制備出了由超薄Li4Ti5O12納米片(HLTO-NS)組裝的分級(jí)結(jié)構(gòu)微球。該Li4Ti5O12微球表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。


    通過(guò)三步水熱法制備的HLTO-NS微球很好的避免了顆粒易團(tuán)聚的缺點(diǎn)，海膽狀的微球尺徑分布在1-5μm之間，處理后的微球形貌也沒(méi)有發(fā)生明顯的改變。鋰和鈦的摩爾比是控制產(chǎn)品純凈度的重要因素：當(dāng)Li:Ti=1.5時(shí)，可得到純凈的HLTO-NS微球。在1, 2, 5, 10, 15, 20, 50C的倍率下，放電容量分別為179, 171, 167, 162, 159, 156, 150 mAh/g (理論比容量為175 mAh/g)。

    隨著電流密度的提高，HLTO-NS的比容量下降的非常緩慢。巨大的比表面積，使其比容量超過(guò)了Li4Ti5O12的理論值。在20 C倍率下循環(huán)3000次后，HLTO-NS的比容量仍高達(dá)126 mAh/g。

    HLTO-NS微球作為鋰離子電池負(fù)極材料所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能歸功于以下幾點(diǎn)：

    本文提出的超薄納米片平均厚度為6.6 ± 0.25 nm，Li+和電子可直接經(jīng)過(guò)表面納米片傳輸，縮短了傳輸距離;

    分層結(jié)構(gòu)促進(jìn)電解質(zhì)對(duì)電極的浸潤(rùn)，提高了鋰離子從電解質(zhì)進(jìn)入到納米片中的速率;

    大尺寸的分層微球可以提供更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和集流體有更好的接觸，進(jìn)而延長(zhǎng)循環(huán)壽命。