高性能Li4Ti5O12-TiO2双相体系纳米材料可控合成及其电化学性能研究

The dual-phase Li4Ti5O12-TiO2 nanoparticles as a new anode material for lithium ion batteries will be prepared by a facile solvothermal method. In this dual-phase system, the zero-strain insertion of lithium in the Li4Ti5O12 can buffer the volume expansion of TiO2 during the interaction/elimination of Li+ ions to stable structure while high theoretical capacity of TiO2 can make up for low theoretical capacity of Li4Ti5O12. The combination of TiO2 and Li4Ti5O12 increase the discharge capacity of dual-phase Li4Ti5O12-TiO2, solving low electronic conductivity and specific capacity of traditional Li4Ti5O12, which realizes its application in high performance power batteries.

本课题拟采用溶剂热制备具有优异电化学性能的Li4Ti5O12-TiO2双相体系纳米颗粒作为一种新型储能负极材料。在此双相体系中，借助Li4Ti5O12在充放电过程中'零应力'的结构特点缓冲TiO2在循环过程中电化学反应产生的体积膨胀以稳定Li4Ti5O12-TiO2双相体系的结构，以TiO2高容量的特点弥补Li4Ti5O12容量低的不足，从而优化材料的电化学性能。利用TiO2与Li4Ti5O12的结合提高Li4Ti5O12-TiO2双相体系的放电容量，以解决传统Li4Ti5O12较低的电子电导率和比容量的限制，实现其在高性能动力电池上应用。

本项目针对锂电池电极材料及空气电池电极材料存在的问题，借助不同的合成路线通过结构调控与成分设计以优化电极材料的电化学性能。系统研究了不同结构形貌的构筑机理，明确材料结构形貌及成分与材料电化学性能之间的关系。根据结构、成分与材料性能之间的反馈关系，进一步调控了材料的成分与结构以提高材料的电化学性能，从而建立了电极材料成分、结构与电化学性能之间的构效关系，实现了对材料性能的调控。此课题的研究将为开发高容量，高循环稳定性，高安全性的锂电池电极材料提供理论基础和应用基础。借助Li4Ti5O12在充放电过程中‘零应力’的结构特点缓冲TiO2在循环过程中电化学反应产生的体积膨胀以稳定Li4Ti5O12-TiO2双相体系的结构，以TiO2高容量的特点弥补Li4Ti5O12容量低的不足，优化了材料的电化学性能。 在本项目支持下发表SCI论文四十余篇，包括国内外知名期刊Energy & Environmental Science，ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES，Journal of Materials Chemistry A，SCIENCE BULLETIN，Science China-Chemistry，Rsc Advances，Journal of Solid State Chemistry等。