北京工业大学|尉海军教授课题组AFM：用于低压锂电池负极的TiO2纳米晶框架Li2TiSiO5板- 大数跨境

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北京工业大学|尉海军教授课题组AFM：用于低压锂电池负极的TiO2纳米晶框架Li2TiSiO5板

科学材料站

2020-09-12

导读：本文通过一种简便的熔融盐法合成了具有晶体片状结构和（001）面优先面板的Li2TiSiO5负极材料。LTSO血小板进一步选择性地被原位生长的TiO2纳米晶体作为修饰的“框架”包被。

文章信息

用于低压锂电池负极的TiO2纳米晶框架Li2TiSiO5板

第一作者：Di He

通讯作者：尉海军*

单位：北京工业大学

研究背景

储能装置是电动汽车和可持续能源设施的关键部件。其中，锂离子电池（LiB）因其能量密度高、寿命长、应用广泛而成为最具发展前景的电池类型。作为锂离子电池的经典负极材料，石墨占全球负极市场的80%以上。

然而，LIBs中石墨的放电平台太低，以至于接近锂的电镀电位（约为0.1V vs Li+/Li），这可能导致安全风险。虽然已经开发了许多其他负极材料，但它们仍然存在各种缺陷，缺乏因此，在实际应用中，设计具有优良整体性能的新型负极材料结构是非常重要的。

文章简介

近日，北京工业大学大学尉海军教授等人在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上发表题为“TiO2 Nanocrystal‐Framed Li2TiSiO5 Platelets for Low‐Voltage Lithium Battery Anode”的研究工作。

在此，可以轻松实现Li2TiSiO5晶体片的熔融盐合成以及随后通过TiO2纳米晶格的原位生长进行的选择性刻面修饰。与石墨相比，放电电压稳定在0.5 V左右，使Li2TiSiO5负极安全，与零应变Li4Ti5O12负极相比，具有较高的能量密度。通过优化的尺寸，结构和与Li2TiSiO5的暴露（001）面相关的改性TiO2纳米晶体的含量，基于Li2TiSiO5的负极可以提供300 mAh g-1以上的容量，增强的倍率性能和容量保持率10000次循环后为66％。

原位X射线衍射和非原位透射电子显微镜已证明了充放电后负极的结构稳定性。进一步的理论计算揭示了Li2TiSiO5中Li +离子的3D迁移路径。在微晶的某些面上对原位生长的TiO2纳米晶体的选择性改性为具有优异电化学性能的电极材料的开发打开了一扇新的大门。

该文章第一作者为Di He

北京工业大学大学尉海军教授为本文通讯作者

本文要点

要点一：LIB的钛基负极的状态。

要点二：T @ Ls的结构和纳米晶比的调节。

要点三：T @ Ls的电化学性能。

结论

总之，通过一种简便的熔融盐法合成了具有晶体片状结构和（001）面优先面板的Li2TiSiO5负极材料。LTSO血小板进一步选择性地被原位生长的TiO2纳米晶体作为修饰的“框架”包被。可以通过处理条件有效地调整TiO2纳米晶体的尺寸，结构和含量，发现处理条件对于确定电化学性能很重要。因此，对于优化的负极材料，可以获得300 mAh g-1以上的高容量，有希望的倍率性能以及10 000次循环的高循环稳定性。理论计算揭示了3D Li+迁移路径。

原位X射线衍射和异位TEM研究表明，代表性的TiO2改性LTSO在电化学反应中几乎没有结构变化，证明了其高稳定性。TiO2纳米晶体在Li2TiSiO5晶体的选择性刻面上的原位生长为设计具有优异电化学性能的材料提供了新的机会。

文章链接

TiO2 Nanocrystal‐Framed Li2TiSiO5 Platelets for Low‐Voltage Lithium Battery Anode

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202001909

通讯作者介绍

尉海军教授、博士生导师。

2007年东北大学博士毕业，之后在北京有色金属研究总院(2007−2010)和日本国立产业技术综合研究所(2010−2015)从事电池相关科研工作，2015年起在北京工业大学工作。主持和作为骨干正在承担和完成了10余项国家级项目，涉及先进电池材料、电池系统以及电动车应用等领域，组织并协调完成了北京奥运会和北京市为期一年的2辆燃料电池新能源客车运营项目，获中国材料研究学会科学技术二等奖1项和北京青年五四奖章，获中组部和国家自然基金委优秀青年基金资助。

在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Energy & Environ. Sci.等国际知名能源化学期刊上发表学术论文100余篇，申请专利30余项，已授权6项。兼任国际电化学能源科学院(IAOEES)理事、中国金属学会功能材料分会委员、JMST、Rare Metals和CCL期刊编委等职。