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何向明/盧俠InfoMat綜述: 可充電電池LTO尖晶石負(fù)極的基礎(chǔ)和進(jìn)展

Li₄Ti₅O₁₂（LTO）尖晶石材料占有僅次于石墨的第二大電池負(fù)極市場份額，由于其良好的循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能以及與常規(guī)和低溫電解液的安全性，是一種很有前途的鋰離子電池負(fù)極材料。然而，低容量和放氣問題等幾個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)阻礙了 LTO負(fù)極的廣泛應(yīng)用。

在此，清華大學(xué)何向明研究員、王莉副研究員及中山大學(xué)盧俠教授等人根據(jù)下一代 LTO負(fù)極的重要性和挑戰(zhàn)，將LTO及其鋰化產(chǎn)品的晶體/電子特性、傳統(tǒng)/新型改性策略、電化學(xué)性能和儲能性能相關(guān)聯(lián)，對LTO鋰存儲性能進(jìn)行了深刻的總結(jié)。

此外，作者回顧了基于熱力學(xué)/動力學(xué)的方法和進(jìn)展，包括材料中的Li⁺擴(kuò)散速率和LTO電極的電化學(xué)電位。討論了先進(jìn)LTO負(fù)極在鋰離子電池中應(yīng)用的關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)。最后，作者提出了幾種有前景的策略，以確保合理的LTO負(fù)極設(shè)計(jì)以提高LTO性能。

圖1. LTO和Li₇Ti₅O₁₂ (Li7)的晶胞結(jié)構(gòu)

作者指出：

（1）在容量優(yōu)化方面，將電壓范圍合理擴(kuò)展到1.0 V以下可使其電流能量密度增加一倍。另一方面，通過構(gòu)建復(fù)合材料也可以提高能量密度。

（2）多相之間的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)應(yīng)通過理論計(jì)算和先進(jìn)的表征方法（例如冷凍電鏡和原位 NMR）來研究。

（3）倍率性能可以通過合理地?fù)诫s或構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)一步增強(qiáng)，表面工程、通過高價(jià)離子摻雜引入晶格畸變等新策略也顯示了非凡的前景。

（4）電池安全問題可行的方法包括表面改性以及開發(fā)新的電解液/添加劑。盡管LTO仍有許多問題需要解決，但結(jié)合新方法和不斷努力，最終將實(shí)現(xiàn)LTO在電動汽車和電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用。

圖2. LTO負(fù)極性能改進(jìn)的有前景的策略示意圖

Li₄Ti₅O₁₂ spinel anode: Fundamentals and advances in rechargeable batteries, InfoMat 2021. DOI: 10.1002/inf2.12228

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何向明/盧俠InfoMat綜述: 可充電電池LTO尖晶石負(fù)極的基礎(chǔ)和進(jìn)展

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