Nano Energy發表鋰離子電池負極材料最新研究成果

    鋰電世界  9月5日，Nano Energy（IF=10.211）接收發表了黃云輝課題組在鋰離子電池負極材料方面的最新研究成果：“多孔Li4Ti5O12/C納米纖維在高倍率電化學能量存儲中的應用（Highly Porous Li4Ti5O12/C Nanofibers for Ultrafast Electrochemical Energy Storage）。”

    相對于商業化的石墨材料，尖晶石型Li4Ti5O12(LTO）一直被視為最有前途的可替代性鋰電池負極材料之一。它是一種“零應變”材料，擁有超長的循環壽命，同時它的充放電平臺在~1.5 V左右，可以有效避免脫嵌鋰過程中電解液的分解及SEI膜的形成。盡管LTO擁有這些獨特的優點，但是其本身固有的低電導率及離子導通率一直是阻礙其商業化應用的主要障礙。碳包覆和納米化是被廣泛應用的提高電極材料電子、離子導通率的兩種有效方法。通過將靜電紡絲得到的PVP/LTO前驅體纖維在惰性氣氛下進行熱處理可以得到碳包覆的LTO一維納米纖維，但復合纖維中過多的碳不僅會降低電極材料的比容量而且會阻礙電解液離子的傳輸，從而影響能量和功率密度。而多孔材料則可以提供較大的比表面積供活性材料與電解液充分反應，但多孔材料一般制備過程復雜。因此找到一種簡單有效的方法獲得多孔碳包覆的LTO納米纖維電極十分有必要。

    在本研究中，我們提出一種電紡結合后續兩步熱處理的方法得到了多孔結構的LTO/C復合納米纖維材料。將傳統得到的LTO/C纖維在空氣中進行低溫處理，復合纖維中過量的碳會燃燒放出氣體從而在纖維中造孔。該步熱處理不僅可以去除過量的碳，而且同時獲得多孔結構。另外在低溫處理中，LTO小顆粒不會長大，可以縮短離子傳輸路徑。所得這種特殊結構的多孔LTO/C納米纖維在鋰電池和鋰離子混合電容器中表現出超高的倍率性能和優異的循環性能。本工作提供了一種簡單有效的方法，它可以用來大規模制備高倍率電化學儲能器件的電極材料。