功能化Li4Ti5O12纳米晶簇的微波化学可控制备及电化学性能研究

纳米超结构的性质可以通过改变组成单元的成分、结构、形貌、表面/界面和排列方式进行精确调控，这在储能器件设计与应用方面具有诱人的应用前景。尖晶石型Li4Ti5O12材料在循环性能、安全性和成本方面具有突出的优势，是非常有前途的动力与储能锂离子电池负极材料。本项目将建立和发展基于环保、高效、简便的微波化学法可控制备Li4Ti5O12纳米"晶簇"，研究材料纳米结构化的动力学过程，探索材料的物相、结构、形貌的可控生长及形成机制，系统地考察基于Li4Ti5O12的纳米结构、粒径、组分、掺杂、杂化、表面/界面等对其电化学性能的影响，揭示纳米结构与电化学性质的内在联系，从而获得优化的配方和制备条件。为开发出高性能具有大功率、高比容量纳米超结构锂离子电池负极材料奠定基础，有利于开拓新材料的研究领域，充实和丰富相关新能源材料科学、电化学及其它学科研究。

本项目主要研究锂离子电池钛基氧化物负极材料，通过材料的设计、优化和合成，获取优异的电化学性能，并对机理进行了研究。(1)采用快速微波固相法、静电纺丝法合成了的尖晶石Li4Ti5O12纳米晶以及多孔纳米纤维，通过掺杂、表面包覆、孔结构调制对Li4Ti5O12进行改性，获得了优异的比容量、倍率性能和循环性能，对复合改善性能的机理进行了研究。(2) 采用微波固相法、微波-离子液体法合成了TiO2(B)纳米带、纳米片组装体、石墨烯/TiO2(B)、碳纳米管/TiO2(B)、TiO2@MoO2、TiO2@氮掺杂碳、TiO2@MoxOySz等多种特色纳米结构电极材料，均获得了优异的性能。系统研究了材料的组分、结构、形态对其比容量、倍率性能、循环寿命的影响，提出了微/纳米结构、纳米复合等协同效应对储锂性能的增强相关机理。本项目研究实现长寿命大倍率锂离子电池钛基氧化物负极材料的可控制备，为开发高性能下一代锂离子二次电池提供有益的理论指导与技术支持，对促进先进电化学储能材料与器件的发展具有重要的意义。