【引言】

目前常用的鋰離子電池均采用有機(jī)電解液，其中所含的電解質(zhì)LiPF6是一種遇水易分解的物質(zhì)，因此傳統(tǒng)觀念中鋰離子電池的電極材料都是需要在高溫下煅燒來充分除水。但是這會(huì)使得材料發(fā)生顆粒團(tuán)聚和晶粒粗化等難以避免的副反應(yīng)。

【成果簡介】

9月20日，《自然·通訊》（NatureCommunications）在線發(fā)表題為《一種鈦酸鋰水合物——用于快速充放電且穩(wěn)定循環(huán)的鋰離子電池》（LithiumTitanateHydrateswithSuperfastandStableCyclinginLithiumIonBatteries）的研究論文。該成果針對(duì)鈦基儲(chǔ)能材料領(lǐng)域，報(bào)道了一系列鈦酸鋰水合物，應(yīng)用于超長循環(huán)壽命且高倍率性能的鋰離子電池，有效拓展了儲(chǔ)能材料的研究范圍，并提供了電極材料改性的新思路。該論文的通訊作者為清華大學(xué)材料學(xué)院唐子龍教授、美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的陸俊研究員和美國麻省理工學(xué)院的李巨教授，第一作者是清華大學(xué)材料學(xué)院2012級(jí)博士生王詩童。

【本文亮點(diǎn)】

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的Li-H-Ti-O體系材料與目前國內(nèi)外報(bào)道的性能優(yōu)異的Li-Ti-O體系、Ti-O體系材料（包括納米化、摻雜和包覆之后的材料）相比，具有相當(dāng)甚至更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。作為含“水”的電極材料，這類鈦酸鋰水合物能夠在高電壓有機(jī)電解液體系中實(shí)現(xiàn)長達(dá)上萬次的穩(wěn)定循環(huán)，這打破了人們的傳統(tǒng)認(rèn)知。在材料晶體內(nèi)部牢固結(jié)合的所謂“結(jié)晶水”，非但沒有破壞電極材料在有機(jī)電解液體系下的電化學(xué)性能，反而促進(jìn)了晶體結(jié)構(gòu)的多樣性（如二維層狀）以及納米復(fù)合材料的構(gòu)筑，從本質(zhì)上提高了材料的離子擴(kuò)散系數(shù)。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1Li2O-TiO2-H2O三元相圖及鈦酸鋰水合物的合成路線圖

圖2鈦酸鋰水合物合成過程及材料快速嵌鋰/脫鋰過程的示意圖

圖3鈦酸鋰水合物前驅(qū)體在加熱脫水過程中

（a）熱重分析，（b）離位XRD分析以及（c）原位同步輻射HEXRD等高線圖（其中紅色表示衍射強(qiáng)度最高，藍(lán)色表示衍射強(qiáng)度最低）；HN、LS和DN電極材料（d）在電壓范圍1.0~2.5V、電流密度為100mAg-1下的穩(wěn)定充放電曲線，（e）倍率性能及（f）在4000mAg-1下的循環(huán)性能比較。