南開大學開發含TiO2高性能鋰電負極材料

近期,南開大學的梁嘉傑教授和江蘇師範大學的賴超教授共同開發了一種含有TiO2顆粒的高性能鋰電負極材料,其包含良好分散的SiO2、TiO2和碳的三維多孔核/殼纖維骨架,能實現了均勻Li沉積的有效監管,防止鋰枝晶的生成。此項研究成果已在Advanced Science期刊上發表了“Superlithiophilic amorphous SiO2-TiO2 distributed into porous carbon skeleton enabling uniform lithium deposition for stable lithium metal batteries”。

鋰電池圖片

相關人員透露,在超大電流密度10mAcm-2時,非晶SiO2和TiO2也可以有效控制金屬Li在多空核/殼纖維內部的成核和沉積。另外,交聯的導電纖維及其高度多孔性能使材料具有良好的電導性能、快速離子傳輸特性和良好的機械強度,從而可以受得住電鍍/剝離迴圈中大量的鋰離子輸入,優化電池迴圈與倍率性能。

SiO2,即二氧化矽,是一種酸性氧化物,具有較高的熔沸點和較好的化學穩定性,能作為性能優異的電極材料,不過體積膨脹與吸收應力較大。

TiO2,即二氧化鈦,由於擁有合適的放電平臺(1.7V vs Li/Li^+),可以避免電解質的分解和鋰枝晶的形成,被認為是最有希望的替代石墨的候選者。但相對於Si電極,它比容量較低,且電導性和倍率性能較差。

因此,研究人員結合SiO2與TiO2的優缺點,將其與碳一起構築三維碳纖維基骨架,該結構具有降低局部電流密度和確保足夠鋰離子通量;容納調節鋰負極在電鍍/剝離過程中的體積變化;Li沉積於三維琪體的內部而非直接到表面阻止了枝晶生長等的優點。

 

 

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