锂离子电池用具有分级三维离子电子混合导电网(3)

时间：2026-01-27

能源材料专题

了电子传输网络;至此可以同时实现纳米尺度上离子和电子的高效传输,从而构筑出纳米级的三维离子和电子混合导电网络(可比喻为较细的毛细血;管)再以该纳米网络作为结构基元,并与导电添加剂复合,形成微米级的三维混合导电网络(可比喻为,较粗的血管)从而实现离子和电子的高速输运.这种结构的优点显而易见,对于离子在体相扩散到表/面所需的平均时间,我们通常可以用tL22D<e>=q

/,扩散系数D是固定值,例如D=1由于0-1cm2s

/也只有4由此说明,在TiO5nm)8mAh30C).g(2(

电极材料的倍率性能方面,具有混合导电网络结构的纳微复合电极要比单一的介孔结构微米材料或者纳米尺度材料具有显著优势.

简单关系来推断,如图3所示.对于某种材料而言,扩散时间t与扩散距离L的平方成线性关系,因此

随着颗粒尺寸减小,如从2毺离子m减小到20nm,的扩散所需要的时间从5注:当000s缩短到0.5s(,然实际情况要复杂得多)动力学性能将得到极大地改善;其次,这种三维纳微介孔结构的电子电导不再单一取决于材料本身,而是通过孔道修饰可以得到有效提高;此外,这种结构还可以有效地解决纳米结构的团聚和“热力学不稳定暠等问题,因而是一种人造混合导电储锂电极材料的理想结构,现已成功地应用于多种锂离子电池正、负极材料中

[]12—30

][]19,2016,18,21

、、种材料(包括热解碳[碳纳米管(石CNT)

为了取代昂贵的R也可用其他多uO2修饰材料,

[13]图4暋TiOuO2-R2纳微复合结构示意图

]]22,2317,24

,墨烯[和铜[等)来构筑纳米导电网络.例如,

利用多糖热解实现纳米碳导电网络包覆,也是一种构筑三维混合导电网络结构电极材料的技术途径.研究

发现,采用葡萄糖水热-热解的方法,可在介孔TiO2

[]20

电化RuOiO.2类似的T2-碳三维混合导电网络

学测试结果表明,与空白的介孔T具有iO2球相比,

的表面包覆上均匀的纳米碳层,得到与介孔TiO2:

“三维混合导电网络暠的TiO2-碳复合纳微球表现出时,空白T但是TiOiO2球的比容量下降非常快,2-碳纳微球的比容量只是缓慢下降.在极高的倍率/有9而此时空白T6mAhiOg的比容量,2球的比容量接近于零.除了优异的倍率性能,该TiO2-碳纳微球也显示了良好的循环性能.在1容00C循环100周后,量几乎没有衰减.

在利用CNT构筑三维导电网络结构电极材料

优异的倍率性能.当充放电倍率由0.2C增加到100C

图3暋离子体相扩散时间与材料颗粒尺寸的关系图

),充放电时间为3100C时(6sTiO2-碳纳微球仍然具

3暋实例介绍

3.1暋负极TiO2

过液相法利用TiOdSO2-C4复合亚微米球为中间体,制备出具有介孔结构的锐钛矿TiO2亚微米颗粒,并采用R成功地实现uO2对其孔道壁进行修饰,/该材料具有优异的电化学倍率性能,低倍率C5

(/,下,比容量可达2C为倍率单位)14mAh1C,5C,g相比,未经过RuOiO2孔道修饰的介孔结构的T2

/,容量却仅有1纳米级的锐钛矿型0mAh30C)g(了具有离子和电子混合导电网络的纳微复合结构.

12,13]

以锐钛矿T如图4所示,我们[通iO2为例,

TiOCNT核和纳米多孔2纳米电缆结构研究表明,协同储锂效应暠在TiO.2外鞘两者之间具有新奇的“高倍率下,无论是CNT核还是TiO2外鞘的比容量都比纯的C其根本NT或者TiO2的比容量高很多.原因在于,同轴纳米电缆结构提供了一个解决锂离子电池电极中离子-电子传输问题的解决方案.