尖晶石鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)作為鋰離子電池負(fù)極材料具有長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定性的特點(diǎn),是高功率鋰離子電池的理想選擇,對(duì)發(fā)展電動(dòng)汽車以及智能電網(wǎng)有重要意義.結(jié)合球差校正透射電鏡（STEM）、電子能量損失譜（EELS）和理論計(jì)算,在原子尺度觀測(cè)到了尖晶石鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)的結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對(duì)脫嵌鋰過程的直接觀測(cè)與表征.在鋰化過程中,出現(xiàn)一個(gè)近似理想的異質(zhì)界面(Li₄Ti₅O₁₂/Li₇Ti₅O₁₂),界面兩側(cè)Ti離子呈不同價(jià)態(tài)分布(Ti³⁺/Ti⁴⁺).而隨著鋰離子在材料中的嵌入和脫出,TiO₆八面體里面的Ti—O鍵會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的收縮或拉伸（"呼吸"模型）,而這種鍵長(zhǎng)的變化直接導(dǎo)致材料在不同區(qū)域的電子電導(dǎo)率產(chǎn)生質(zhì)的變化(由絕緣體的Li₄Ti<... 

【文章來源】：華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020年04期 北大核心

【文章頁數(shù)】：16 頁

【部分圖文】：

C/20電流下的充放電曲線[3]

鈦酸鋰兩相界面形成的雙電層[28]

1971年，DESCHANVRES等[8]最早測(cè)定了尖晶石鈦酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)，空間點(diǎn)群為Fd3-m(227)，晶格常數(shù)a=0.835 95 nm．晶格中O占據(jù)32e位點(diǎn)，按立方密堆積排列;總數(shù)3/4的Li占據(jù)四面體8a位點(diǎn);Ti和余下的Li以原子比5∶1隨機(jī)占據(jù)在八面體16d位點(diǎn);余下的16c、48f等位點(diǎn)為空位，為L(zhǎng)i的輸運(yùn)提供可能的通道，因此Li4Ti5O12常被描述為[Li3]8 aV16 c[Ti5Li]16 d[O12]32 e(V為空位)[9-10](圖1).COLBOW等[11]在1989年將Li4Ti5O12應(yīng)用于鋰離子電池，發(fā)現(xiàn)它具有理想的充放電平臺(tái)和良好的循環(huán)穩(wěn)定性．目前認(rèn)為，Li4Ti5O12通過一個(gè)可逆的兩相反應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)能，當(dāng)外界的Li嵌入時(shí)將優(yōu)先占據(jù)八面體16c位點(diǎn)，同時(shí)原先8a位點(diǎn)的Li也遷移到鄰近16c位點(diǎn)，Ti的價(jià)態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)行電荷補(bǔ)償，轉(zhuǎn)化為巖鹽結(jié)構(gòu)的Li7Ti5O12，相變后保持相同的結(jié)構(gòu)框架[Ti5Li]16 d[O12]32 e，晶格常數(shù)a=0.835 38nm[12]．具體反應(yīng)方程式為:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Li-ion battery material under high pressure:amorphization and enhanced conductivity of Li4Ti5O12[J]. Yanwei Huang,Yu He,Howard Sheng,Xia Lu,Haini Dong,Sudeshna Samanta,Hongliang Dong,Xifeng Li,Duck Young Kim,Ho-kwang Mao,Yuzi Liu,Heping Li,Hong Li,Lin Wang.  National Science Review. 2019(02)
[2]鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅵ)——離子在固體中的輸運(yùn)[J]. 鄭浩,高健,王少飛,李泓.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2013(06)
[3]鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅱ)——電池材料缺陷化學(xué)[J]. 盧俠,李泓.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2013(02)



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