Nano Energy：纖維碳骨架包覆Li2TiSiO5納米顆粒實現快速穩定鋰存儲

Nano Energy：纖維碳骨架包覆Li2TiSiO5納米顆粒實現快速穩定鋰存儲

鋰離子電池以其高能量密度和良好的循環穩定性成為市場上的首選技術。然而，為了滿足新興應用的需求，功率密度需要在很大程度上進行改進，其中一個有效解決方案是用活性炭和MXenes等電容性材料構建新型鋰離子電容器(LICs)，取代鋰離子電池的正極。然而，這種離子吸附正極的蓬勃發展對新型負極材料提出越來越高的要求，使其具有快速存儲鋰離子能力、克服不平衡反應動力學、充分利用兩電極的雙重優良特性。鋰離子電容器（LIC）由于其與電池相比具有增強的功率密度和對電雙層電容器的優異能量密度而成為有前景的能量存儲裝置。然而，在LIC中廣泛使用石墨陽極導致固有問題，例如反應動力學遲緩和樹枝狀Li鍍問題，而基于Li4Ti5O12的電極表現出低儲能容量和過高的插入電位。

近日，香港中文大學張立團隊等人在國際著名期刊Nano Energy上發表題目為“In-Situ Encapsulation of Pseudocapacitive Li2TiSiO5 Nanoparticles into Fibrous Carbon Framework for Ultrafast and Stable Lithium Storage”的文章。在該研究中，作者首先采用電紡絲法制備了前驅體納米纖維膜，固化的納米纖維均勻分布。在隨后的熱解過程中，PVP被碳化成相互連接的3D碳骨架，納米纖維形態得到了很好的保存。同時，將均勻分布的Li、Ti、Si前驅體轉化為小的LTSO納米顆粒，原位均勻地包覆在碳納米纖維中。具有獨特3D互連納米結構的LTSO/C電極表現出高速率行為（即50％容量保持率為0.1至10 A g-1），適合的Li +插入電位（0.1-1 V vs. Li） / Li +），高填充密度1.93g cm-3（與石墨高度相當，比Li4Ti5O12大）。此外，對反應動力學的分析表明，這種高速性能可歸因于合成的LTSO / C電極的贗電容電荷存儲機制。采用LTSO/C負極代替石墨和Li4Ti5O12組裝的新型LIC產生4.2V的高工作電壓和大的能量密度和功率密度。因此，該研究所提出的材料和納米結構的設計對于構建快速和穩定的能量存儲裝置的具有很大的參考價值。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.10.052