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福師大/蘭卡AFM: 控制Li4Ti5O12薄膜負(fù)極中的界面還原動力學(xué)，抑制電化學(xué)振蕩

了解鈦酸鋰 (LTO) 等相分離材料中表面裝飾效應(yīng)的基本原理對于優(yōu)化鋰離子電池 (LIB) 性能非常重要。盡管如此，還沒有詳細(xì)研究表面涂層對LTO負(fù)極相分離行為的影響，LTO 在鋰化/脫鋰過程中存在緩慢的兩相轉(zhuǎn)變動力學(xué)。

在此，福建師范大學(xué)黃志高教授、李加新副教授、張健敏副教授以及英國蘭卡斯特大學(xué)Oleg V. Kolosov等人構(gòu)建了帶有和不帶有Al-ZnO (AZO)納米涂層的 LTO薄膜電極作為實驗?zāi)Ｐ?，以研究性能改進(jìn)的潛在機(jī)制。

動態(tài)現(xiàn)場原位（operando）剪切力調(diào)制光譜首次用于觀察電極表面固體電解質(zhì)界面 (SEI) 形成的納米級動力學(xué)，證實AZO涂層被電化學(xué)轉(zhuǎn)化為堅硬、均勻的SEI層，保護(hù)電極表面不被電解質(zhì)分解，從而顯著提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

圖1. 裸LTO和各種AZO-LTO薄膜電極的電化學(xué)性能

該AZO層及其合成的人造SEI層具有更高的鋰離子傳輸速率，可以減少表面成核的障礙，并在Li₄Ti₅O₁₂ ? Li₇Ti₅O₁₂相分離過程中促進(jìn)鋰離子的快速重新分布，抑制了LTO電極中的電化學(xué)震蕩（集體相分離行為），導(dǎo)致恒電流曲線中的電壓振蕩消失。

這項研究表明適當(dāng)?shù)谋砻娓男圆粌H可以調(diào)節(jié)表面電導(dǎo)率和還原能力，還可以大大改善LTO電極的相變動力學(xué)。

圖2. 原位SFMM測量結(jié)果

Controlling Interfacial Reduction Kinetics and Suppressing Electrochemical Oscillations in Li₄Ti₅O₁₂ Thin-Film Anodes, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105354

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