南华大学刘俊教授为设计和构建高倍率负极材料提供新思路

新湖南客户端 2024-12-06 11:13:09

近日，南华大学刘俊教授、电子科技大学张永起研究员、浙江工业大学夏新辉教授在期刊Chin Chem Lett上发表研究成果“Rational synthesis of vertical graphene supported TiN@N-Li4Ti5O12 as advanced high-rate electrodes for lithium-ion batteries”（等离子体辅助制备垂直石墨烯负载TiN@N-LTO长寿命高倍率锂离子电池负极）。

锂离子电池作为一种前景广阔的电池技术，已经在各类应用中得到了广泛研究和使用，以满足不同场景的需求。在当今快速发展的社会中，优异的倍率性能已成为动力型锂离子电池的一个关键指标。在众多负极材料中，LTO由于其在锂离子插入/脱出过程中零应变特性而被认为是最有前景的候选材料之一。此外，LTO相对较高的充放电平台（1.5 V vs. Li/Li+）有效抑制了锂枝晶的生长以及固体电解质界面的不稳定性，从而降低了安全风险并提高了电池的循环稳定性。然而，LTO 的带隙较大（2-3 eV），电子电导率（约10-13 cm2/s）与锂离子扩散系数（10-10 - 10-13 cm2/s）也较低，这极大地限制了其在高倍率性能锂电池中的应用。

针对于此，本文作者首先利用原子层沉积（ALD）技术与水热法，在垂直石墨烯阵列（VG）上生长LTO薄膜，并精确控制了其厚度。随后，采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）对LTO表面进行N掺杂和TiN修饰。COMSOL物理场仿真和DFT计算表明，N原子通过取代LTO中的部分氧原子，调节了电子云分布，优化了锂离子（Li+）反应动力学，降低了LTO的带隙；而TiN作为“导电桥梁”，改善了LTO的电荷分布，加速了Li+的传输。该研究为设计和构建高倍率负极材料提供了新的思路。（孙执豪）

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来源：新湖南客户端

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