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中科大陳春華Nano Energy：循環(huán)10000次的新型鋰電負極！

在過去的幾十年里，可充鋰離子電池在很大程度上促進了現(xiàn)代文明的發(fā)展。然而，如今鋰離子技術仍以早期發(fā)明的材料為主，體積容量低，循環(huán)壽命有限。

中國科學技術大學陳春華等合成了一種鋰離子導電鈣鈦礦材料Li_0.33La_0.56T_i0.9Ni_0.1O_3-δ作為新型負極材料。

圖1（a）各種負極的體積容量與體積變化率；（b）LLTN的微觀結(jié)構(gòu)工程處理

作者首先采用B位摻雜策略，將成分從正常的Li_3xLa_2/3-xTiO₃(LLTO)改變?yōu)長i_0.33La_0.55Ti_0.9Ni_0.1O_3-δ(LLTN)，這也在結(jié)構(gòu)中引入了氧空位。然后，在還原氣氛下在LLTN上負載碳涂層，這也觸發(fā)了Ni從LLTN中的原位溶出，并在LLTN上形成許多納米Ni突起。原位溶解的Ni納米粒子錨定在鈣鈦礦基底表面，可以顯著改善電荷轉(zhuǎn)移的動力學，引入的豐富空位可以提高電子導電性并提供額外的鋰存儲位點，并幾乎沒有體積變化。

因此，LLTN@C可作為一種高度耐用的低壓和快速充電LIBs負極，與其他同類產(chǎn)品（包括最先進的石墨負極）相比，它具有全方位的突出特性。

圖2 電化學性能

這種新型負極具有低工作電位（1 V vs. Li⁺/Li）、高可逆容量（不同模式下為352或457 mAh g^-1）、超長循環(huán)壽命（2 A g^-1下超過10,000次循環(huán)）、優(yōu)異的高倍率和低溫性能（25℃、4 A g^-1時為150 mAh g^-1；0℃、0.2 A g^-1時為210 mAh g^-1）。

特別是，這種超級負極（Super A?）可以實現(xiàn)高達2267 Ah L^-1的超高體積容量（Li₄Ti₅O₁₂、石墨和鋰分別為 608、837和2062 Ah L^-1）。這項工作為商業(yè)鋰離子電池提供了一種有前途的下一代負極材料，還提供了一種新的方法來設計用于電化學可充電池的陶瓷基電極材料。

圖3 超長壽命和倍率性能的起源

A Microstructure Engineered Perovskite Super Anode with Li-Storage Life of Exceeding 10000 Cycles. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.106972

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