Nano Energy发表锂离子电池负极材料最新研究成果

九月五日，NanoEnergy（IF=10.211）接收发表了黄云辉课题组在锂离子电池负极材料方面的最新研究成果：“多孔Li4Ti5O12/C纳米纤维在高倍率电化学能量存储中的应用（HighlyPorousLi4Ti5O12/CNanofibersforUltrafastElectrochemicalEnergyStorage）。”

相有关商业化的石墨材料，尖晶石型Li4Ti5O12(LTO）一直被视为最有前途的可替代性锂离子电池负极材料之一。它是一种“零应变”材料，拥有超长的循环寿命，同时它的充放电平台在~1.5V左右，可以有效防止脱嵌锂过程中电解液的分解及SEI膜的形成。尽管LTO拥有这些独特的优点，但是其本身固有的低电导率及离子导通率一直是阻碍其商业化应用的重要障碍。碳包覆和纳米化是被广泛应用的提高电极材料电子、离子导通率的两种有效方法。通过将静电纺丝得到的PVP/LTO前驱体纤维在惰性气氛下进行热处理可以得到碳包覆的LTO一维纳米纤维，但复合纤维中过多的碳不仅会降低电极材料的比容量而且会阻碍电解液离子的传输，从而影响能量和功率密度。而多孔材料则可以供应较大的比表面积供活性材料与电解液充分反应，但多孔材料一般制备过程复杂。因此找到一种简单有效的方法获得多孔碳包覆的LTO纳米纤维电极十分有必要。

在本研究中，我们提出一种电纺结合后续两步热处理的方法得到了多孔结构的LTO/C复合纳米纤维材料。将传统得到的LTO/C纤维在空气中进行低温处理，复合纤维中过量的碳会燃烧放出气体从而在纤维中造孔。该步热处理不仅可以去除过量的碳，而且同时获得多孔结构。另外在低温处理中，LTO小颗粒不会长大，可以缩短离子传输路径。所得这种特殊结构的多孔LTO/C纳米纤维在锂离子电池和锂离子混合电容器中表现出超高的倍率性能和优异的循环性能。本工作供应了一种简单有效的方法，它可以用来大规模制备高倍率电化学储能器件的电极材料。