image: Schematic illustration of Li+ in (001) facet of NSTiO2/rGO. view more
Credit: �Science China Press
目前设计具有高容量、高循环能力和长循环寿命的电极材料是锂离子电池发展面临的最大挑战，在各种负极材料中，二氧化钛凭借其无毒无害、高活性、高储量、高电化学结构稳定性和更安全的工作电压脱颖而出。然而在电池充放电过程中，由于锂离子及电荷迁移速率较低，电极与电解液接触面积小，往往导致锂离子嵌入-脱出动力学和氧化钛电化学性能大打折扣。
武汉理工大学苏宝连教授和李昱教授成功设计了一种新型的的由暴露（001）晶面的纳米片构筑的多级孔TiO2/rGO复合材料用于高性能锂离子电池。理论计算结果表明锐钛矿的（001）晶面具有更低的能垒，与其他晶面相比更有利于锂离子的嵌入和脱出。在制备过程中引入的还原石墨烯一方面大大提高比表面积和维持多级孔结构的稳定，另一方面增强了该负极材料的导电性，致使制备的锂离子电池在不同电流密度下（1C=335 mA g-1）循环超过2000圈后仍保持稳定的循环比容量和高的库伦效率。通过对不同循环圈数的EIS曲线进行分析，结果表明在充放电过程中表面层阻抗（Rs）几乎不变而电子迁移阻抗（Rct）呈可逆变化。此外，该研究通过原位X射线衍射、扫描电镜和透射电镜探究了该材料充放电过程中中间产物的形成和转化，进一步证实了Li2Ti2O4的存在和该多级孔复合材料的循环稳定性。
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相关工作以“Unprecedented and highly stable lithium storage capacity of (001) faceted nanosheet-constructed hierarchically porous TiO2/rGO hybrid architecture for high performance Li ions battery”为题发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。武汉理工大学苏宝连教授，李昱教授和金俊博士为通讯作者，博士研究生余文贝和胡执一博士为共同第一作者。
相关论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa028
Journal
National Science Review