充电机充电锂离子电池的钛酸锂水合物具有超长寿命高倍率特性解析
2017-9-24 9:25:06 点击：
【导言】
现在常用的充电机充电锂离子电池均选用有机电解液，其间所含的电解质LiPF6是一种遇水易分化的物质，因而传统观念中充电机充电锂离子电池的电极资料都是需要在高温下煅烧来充分除水。但是这会使得资料发作颗粒聚会和晶粒粗化等难以避免的副反应。
【效果简介】
9月20日，《天然·通讯》（Nature Communications）在线发表题为《一种钛酸锂水合物——用于快速充放电且安稳循环的充电机充电锂离子电池》（Lithium Titanate Hydrates with Superfast and Stable Cycling in Lithium Ion Batteries）的研讨论文。该效果针对钛基储能资料范畴，报导了一系列钛酸锂水合物，应用于超长循环寿数且高倍率功能的充电机充电锂离子电池，有用拓宽了储能资料的研讨规模，并供给了电极资料改性的新思路。该论文的通讯作者为清华大学资料学院唐子龙教授、美国阿贡国家实验室的陆俊研讨员和美国麻省理工学院的李巨教授，榜首作者是清华大学资料学院2012级博士生王诗童。
【本文亮点】
该研讨团队发现的Li-H-Ti-O系统资料与现在国内外报导的功能优异的Li-Ti-O系统、Ti-O系统资料（包含纳米化、掺杂和包覆之后的资料）比较，具有相当乃至愈加优异的电化学功能。作为含“水”的电极资料，这类钛酸锂水合物能够在高电压有机电解液系统中实现长达上万次的安稳循环，这打破了人们的传统认知。在资料晶体内部结实结合的所谓“结晶水”，非但没有损坏电极资料在有机电解液系统下的电化学功能，反而促进了晶体结构的多样性（如二维层状）以及纳米复合资料的构筑，从实质上提高了资料的离子扩散系数。
【图文导读】
Li2O-TiO2-H2O三元相图及钛酸锂水合物的组成路线图
钛酸锂水合物组成进程及资料快速嵌锂/脱锂进程的示意图
钛酸锂水合物前驱体在加热脱水进程中的（a）热重剖析，（b）离位XRD剖析以及（c）原位同步辐射HEXRD等高线图（其间赤色表明衍射强度最高，蓝色表明衍射强度最低）；HN、LS和DN电极资料（d）在电压规模1.0~2.5 V、电流密度为100 mA g-1下的安稳充放电曲线，（e）倍率功能及（f）在4000 mA g-1下的循环功能比较。
钛酸锂水合物电化学机理剖析 （a）LS、HN和DN三种电极的阳极峰值电流（jp）关于扫描速率（v）的呼应关系；（b）LS电极资料在100 mA g-1下第三次循环的原位同步辐射XRD成果（c）LS、HN和DN三种电极在不同SOC下的锂离子扩散系数比较；HN 纳米资料的（d）HRTEM图，（e）d中方框部分扩大图以及（f）选区电子衍射图。
AC//HN锂离子电容的电化学功能（a）从10 mV s-1到100 mV s-1的CV扫描曲线，（b）能量密度与功率密度的Ragone图，以及（c）在2000 mA g-1的电流密度下的循环安稳性与库伦功率图。
【展望】
运用Li-H-Ti-O系统资料的改性新思路及其实质性、普适性的特征规则，能够拓宽该系统电极资料功能调整及优化的自由度，还有望对其它含氢组分的过渡金属化合物系统在动力资料范畴的应用供给较大的启示与辅导依据。
现在常用的充电机充电锂离子电池均选用有机电解液，其间所含的电解质LiPF6是一种遇水易分化的物质，因而传统观念中充电机充电锂离子电池的电极资料都是需要在高温下煅烧来充分除水。但是这会使得资料发作颗粒聚会和晶粒粗化等难以避免的副反应。
【效果简介】
9月20日，《天然·通讯》（Nature Communications）在线发表题为《一种钛酸锂水合物——用于快速充放电且安稳循环的充电机充电锂离子电池》（Lithium Titanate Hydrates with Superfast and Stable Cycling in Lithium Ion Batteries）的研讨论文。该效果针对钛基储能资料范畴，报导了一系列钛酸锂水合物，应用于超长循环寿数且高倍率功能的充电机充电锂离子电池，有用拓宽了储能资料的研讨规模，并供给了电极资料改性的新思路。该论文的通讯作者为清华大学资料学院唐子龙教授、美国阿贡国家实验室的陆俊研讨员和美国麻省理工学院的李巨教授，榜首作者是清华大学资料学院2012级博士生王诗童。
【本文亮点】
该研讨团队发现的Li-H-Ti-O系统资料与现在国内外报导的功能优异的Li-Ti-O系统、Ti-O系统资料（包含纳米化、掺杂和包覆之后的资料）比较，具有相当乃至愈加优异的电化学功能。作为含“水”的电极资料，这类钛酸锂水合物能够在高电压有机电解液系统中实现长达上万次的安稳循环，这打破了人们的传统认知。在资料晶体内部结实结合的所谓“结晶水”，非但没有损坏电极资料在有机电解液系统下的电化学功能，反而促进了晶体结构的多样性（如二维层状）以及纳米复合资料的构筑，从实质上提高了资料的离子扩散系数。
【图文导读】
Li2O-TiO2-H2O三元相图及钛酸锂水合物的组成路线图
钛酸锂水合物组成进程及资料快速嵌锂/脱锂进程的示意图
钛酸锂水合物前驱体在加热脱水进程中的（a）热重剖析，（b）离位XRD剖析以及（c）原位同步辐射HEXRD等高线图（其间赤色表明衍射强度最高，蓝色表明衍射强度最低）；HN、LS和DN电极资料（d）在电压规模1.0~2.5 V、电流密度为100 mA g-1下的安稳充放电曲线，（e）倍率功能及（f）在4000 mA g-1下的循环功能比较。
钛酸锂水合物电化学机理剖析 （a）LS、HN和DN三种电极的阳极峰值电流（jp）关于扫描速率（v）的呼应关系；（b）LS电极资料在100 mA g-1下第三次循环的原位同步辐射XRD成果（c）LS、HN和DN三种电极在不同SOC下的锂离子扩散系数比较；HN 纳米资料的（d）HRTEM图，（e）d中方框部分扩大图以及（f）选区电子衍射图。
AC//HN锂离子电容的电化学功能（a）从10 mV s-1到100 mV s-1的CV扫描曲线，（b）能量密度与功率密度的Ragone图，以及（c）在2000 mA g-1的电流密度下的循环安稳性与库伦功率图。
【展望】
运用Li-H-Ti-O系统资料的改性新思路及其实质性、普适性的特征规则，能够拓宽该系统电极资料功能调整及优化的自由度，还有望对其它含氢组分的过渡金属化合物系统在动力资料范畴的应用供给较大的启示与辅导依据。
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