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日前，基于鈦酸鋰的功率型動力鋰電池因其快充特性好，特別是董明珠攜手王健林投資了鈦酸鋰電池以后，得到眾多資本關(guān)注。但是鈦酸鋰電池的能量密度偏低，無法滿足我國新能源汽車發(fā)展需要，鈦酸鋰電池的工業(yè)化應(yīng)用目前仍面臨一系列挑戰(zhàn)。近，上海交通大學(xué)馬紫峰教授與其博士后袁濤等人對鈦酸鋰電池在鋰離子電池工業(yè)應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行綜述，以“Challenges of Spinel Li4Ti5O12 for Lithium-Ion Battery Industrial Applications”為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials上。br /> br /> 鈦酸鋰電池存在的主要挑戰(zhàn)主要包括，如何提高鈦酸鋰的電子電導(dǎo)率及其快速充電響應(yīng)、如何進(jìn)一步提高鈦酸鋰電極的理論容量、如何解決鈦酸鋰界面化學(xué)引發(fā)的脹氣問題，以及如何優(yōu)化設(shè)計全電池以實(shí)現(xiàn)鈦酸鋰的優(yōu)勢等。作者綜述了近三年鈦酸鋰負(fù)極材料的相關(guān)文獻(xiàn)，針對上述應(yīng)用的挑戰(zhàn)提出了性能優(yōu)化策略、反應(yīng)界面的穩(wěn)定性和全電池設(shè)計的觀點(diǎn)和建議，為今后鈦酸鋰電池的研究和工業(yè)發(fā)展指出了方向。br /> br /> 在鈦酸鋰電極的性能優(yōu)化策略中，從碳修飾、形貌控制、元素?fù)诫s、雜質(zhì)相復(fù)合、電池過放（放電電位接近0V）這五個方面進(jìn)行闡述。對于碳修飾改性，分析了無機(jī)碳源和有機(jī)碳源對鈦酸鋰改性的不同影響（圖1），雖然無機(jī)碳源通常具有較高的電子電導(dǎo)率，但是需要先進(jìn)的碳源（碳納米管或石墨烯等）以及合適的制備方法保證其與鈦酸鋰分散均勻，否則不僅不能有效提高鈦酸鋰的高倍率性能，還可能造成電極表面電流分布不均衡，而產(chǎn)生更嚴(yán)重的問題。有機(jī)碳源雖然能夠更加均勻地包覆在鈦酸鋰顆粒表面，但是仍需要對其裂解后得到的碳電導(dǎo)率及其成本價格進(jìn)行合理選擇。對于形貌控制，納米級的鈦酸鋰材料無疑表現(xiàn)出更好的倍率性能，但是考慮到工業(yè)化高振實(shí)密度的要求，認(rèn)為一次粒徑納米級、二次粒徑微米級的多層級近球形結(jié)構(gòu)是形貌。合理的元素?fù)诫s和雜質(zhì)相復(fù)合可以改變Li原子在晶格中的位置以及Ti元素的價態(tài)進(jìn)而提高鈦酸鋰的倍率性能。有一些摻雜還可以提高鈦酸鋰的理論容量，例如較大半徑的離子（Na+、K+、Gd3+、Zr4+、Ta5+、V5+等）摻雜在Li位和Ti位，可以通過擴(kuò)大晶胞系數(shù)而容納更多的Li。另外，把鈦酸鋰的放電截止電位從1V下降到0V，也可以使其理論容量從175mAh/g增加到250mAh/g，但是會犧牲鈦酸鋰優(yōu)良的循環(huán)性能。作者在文中舉例并提出，多種優(yōu)化策略的協(xié)同作用能夠更好的提高鈦酸鋰電池的理論容量和倍率性能。br /> br />
