與便攜式電子設備相比，電動汽車要求鋰離子電池具有更出色的倍率性能和長的循環(huán)壽命。研究者們發(fā)現(xiàn)了一種“零應變”材料Li4Ti5O12。Li4Ti5O12的充放電平臺在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汽車對電池的需求。

    但是低電導率和鋰離子擴散系數(shù)制約了Li4Ti5O12的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的提高。為此，研究者們通過離子摻雜，表面包覆導電層以及制備多孔納米結構等方法來解決這些問題。

    近日，北京大學徐東升教授、李琦教授等人通過簡單的三步水熱法制備出了由超薄Li4Ti5O12納米片(HLTO-NS)組裝的分級結構微球。該Li4Ti5O12微球表現(xiàn)出良好的電化學性能。


    通過三步水熱法制備的HLTO-NS微球很好的避免了顆粒易團聚的缺點，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有發(fā)生明顯的改變。鋰和鈦的摩爾比是控制產品純凈度的重要因素：當Li:Ti=1.5時，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126 mAh/g。

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

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

    分層結構促進電解質對電極的浸潤，提高了鋰離子從電解質進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構穩(wěn)定性和集流體有更好的接觸，進而延長循環(huán)壽命。