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用于快速充放电且稳定循环锂离子电池的钛酸锂水合物技术研究


来源:中国粉体网   秋林

[导读]  目前常用的锂离子电池均采用有机电解液,其中所含的电解质LiPF6是一种遇水易分解的物质,因此传统观念中锂离子电池的电极材料都是需要在高温下煅烧来充分除水。但是这会使得材料发生颗粒团聚和晶粒粗化等难以避免的副反应。

中国粉体网讯  近年来,在环境问题日益严峻、能源多样化战略渐成发展共识的背景下,新能源汽车行业发展迅速。动力电池作为电动汽车的心脏,是新能源汽车产业发展的关键,在一系列政策措施支持和各方努力下,我国动力电池产业发展成绩显著


目前常用的锂离子电池均采用有机电解液,其中所含的电解质LiPF6是一种遇水易分解的物质,因此传统观念中锂离子电池的电极材料都是需要在高温下煅烧来充分除水。但是这会使得材料发生颗粒团聚和晶粒粗化等难以避免的副反应。


9月20日,清华大学材料学院唐子龙教授在线发表题为《一种钛酸锂水合物——用于快速充放电且稳定循环的锂离子电池》的研究论文。该成果针对钛基储能材料领域,报道了一系列钛酸锂水合物,应用于超长循环寿命且高倍率性能的锂离子电池,有效拓展了储能材料的研究范围,并提供了电极材料改性的新思路。


该研究团队发现的Li-H-Ti-O体系材料与目前国内外报道的性能优异的Li-Ti-O体系、Ti-O体系材料相比,具有相当甚至更加优异的电化学性能。作为含“水”的电极材料,这类钛酸锂水合物能够在高电压有机电解液体系中实现长达上万次的稳定循环,这打破了人们的传统认知。在材料晶体内部牢固结合的所谓“结晶水”,非但没有破坏电极材料在有机电解液体系下的电化学性能,反而促进了晶体结构的多样性(如二维层状)以及纳米复合材料的构筑,从本质上提高了材料的离子扩散系数。




图1 Li2O-TiO2-H2O三元相图及钛酸锂水合物的合成路线图




图2 钛酸锂水合物合成过程及材料快速嵌锂/脱锂过程的示意图


运用Li-H-Ti-O体系材料的改性新思路及其本质性、普适性的特征规律,可以拓展该体系电极材料性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体系在能源材料领域的应用提供较大的启发与指导依据。





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