钛酸锂用于钠离子电池负极的研究进展

发布时间：2024-05-18 07:59

　　相比于锂离子电池,钠离子电池具有资源丰富、分布广泛和成本低廉等优点,在大规模储能领域有广阔的应用前景,近几年获得了学术界广泛的关注。在钠离子电池体系中,负极材料对整个电池的能量密度和循环性能有着重要的影响。而在众多的负极材料中,尖晶石型钛酸锂凭借其优异的循环性能以及相对较高的钠离子脱嵌电位,被认为是一种极具应用潜力的钠离子电池负极材料。然而,由于钛酸锂中钛的最外层轨道缺少电子,导致钛酸锂的导电性不佳。同时,由于钠离子半径较大,在脱嵌过程中离子扩散阻力大,易引起钛酸锂晶格畸变,严重制约着钛酸锂的倍率性能和循环性能。针对上述问题,近年来研究者们基于深入的储钠机制研究,通过结构设计和界面优化,显著提升了钛酸锂在钠离子电池中的电化学性能。目前,文献报道的改善钛酸锂储钠性能的策略主要有:引入电导率较高的包覆层和离子掺杂来提高材料电子导电率,缓解嵌钠过程中的晶格畸变;通过结构调控设计纳米尺寸的钛酸锂材料以缩短离子扩散距离和增大其与电解液的接触面积。本文综述了近年来钛酸锂负极材料在钠离子电池中的研究现状,着重对钛酸锂的结构与性能、合成方法和改性研究等方面进行了深入的阐述,并对下一阶段钛酸锂作为钠离子...

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【部分图文】：

图1三相共存区域的扫描电镜透射图

2Li4Ti5O12+6Na+6e-?Li7Ti5O12+Na6LiTi5O12(1)钛酸锂的脱嵌钠电位平台为0.9V(vs.Na/Na+),理论比容量约为150mAh·g-1,首次库伦效率大约为81%[3]。

图2部分特殊形貌的Li4Ti5O12

除了调控材料的尺寸以外,合成不同形貌的钛酸锂也能较好地改善材料的电化学性能。例如花状[42-43]、海绵状[44]、锯齿状[45]等形貌,图2列举了部分特殊形貌的钛酸锂。Liu等[46]将醋酸锂、乙酰丙酮氧化钛和PVP按一定化学计量比混合,运用静电纺丝技术制成Li4Ti5O12的....

图4(a)碳包覆钛酸锂及局部放大TEM图;(b)未碳包覆与碳包覆钛酸锂在不同倍率下的对比[66]

研究发现,碳包覆层厚度对钛酸锂储钠性能有着重要影响,若包覆层太薄,则无法实现连续均匀的包覆,包覆层太厚则会在一定程度上阻碍离子的快速脱嵌并影响可逆容量。因此,如何实现钛酸锂的均匀薄层碳层包覆非常关键。Kim等[66]以沥青为碳源,通过高温烧结获得了碳包覆层小于5nm的Li4Ti....

本文编号：3976675