南華大學(xué)劉俊教授為設(shè)計(jì)和構(gòu)建高倍率負(fù)極材料提供新思路

  新湖南客戶端   2024-12-06 11:13:09

近日，南華大學(xué)劉俊教授、電子科技大學(xué)張永起研究員、浙江工業(yè)大學(xué)夏新輝教授在期刊Chin Chem Lett上發(fā)表研究成果“Rational synthesis of vertical graphene supported TiN@N-Li4Ti5O12 as advanced high-rate electrodes for lithium-ion batteries”（等離子體輔助制備垂直石墨烯負(fù)載TiN@N-LTO長(zhǎng)壽命高倍率鋰離子電池負(fù)極）。

鋰離子電池作為一種前景廣闊的電池技術(shù)，已經(jīng)在各類應(yīng)用中得到了廣泛研究和使用，以滿足不同場(chǎng)景的需求。在當(dāng)今快速發(fā)展的社會(huì)中，優(yōu)異的倍率性能已成為動(dòng)力型鋰離子電池的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。在眾多負(fù)極材料中，LTO由于其在鋰離子插入/脫出過(guò)程中零應(yīng)變特性而被認(rèn)為是最有前景的候選材料之一。此外，LTO相對(duì)較高的充放電平臺(tái)（1.5 V vs. Li/Li+）有效抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)以及固體電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性，從而降低了安全風(fēng)險(xiǎn)并提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。然而，LTO 的帶隙較大（2-3 eV），電子電導(dǎo)率（約10-13 cm2/s）與鋰離子擴(kuò)散系數(shù)（10-10 - 10-13 cm2/s）也較低，這極大地限制了其在高倍率性能鋰電池中的應(yīng)用。

針對(duì)于此，本文作者首先利用原子層沉積（ALD）技術(shù)與水熱法，在垂直石墨烯陣列（VG）上生長(zhǎng)LTO薄膜，并精確控制了其厚度。隨后，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）對(duì)LTO表面進(jìn)行N摻雜和TiN修飾。COMSOL物理場(chǎng)仿真和DFT計(jì)算表明，N原子通過(guò)取代LTO中的部分氧原子，調(diào)節(jié)了電子云分布，優(yōu)化了鋰離子（Li+）反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，降低了LTO的帶隙；而TiN作為“導(dǎo)電橋梁”，改善了LTO的電荷分布，加速了Li+的傳輸。該研究為設(shè)計(jì)和構(gòu)建高倍率負(fù)極材料提供了新的思路。（孫執(zhí)豪）

責(zé)編：張芷瑜

一審：張芷瑜

二審：張馬良

三審：熊佳斌

來(lái)源：新湖南客戶端

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