在过去的二十年里，锂离子电池（LIBs）一直是充电电池市场上最广泛的储能技术，应用范围从便携式电子设备到电动汽车（EVs）。除了电网级储能等更大规模的应用外，电动汽车的不断发展以及续航里程的更大需求，迫切需要开发具有更高提及能量和功率密度的锂离子电池电极材料。然而，目前尚未找到可真正代替石墨的负极材料，特别是对于能够同时具有高体积能量和功率密度的负极材料。Li2TiSiO5（LTSO)作为一种极有前途的LiBs负极材料应运而生，其比充电容量为350 mAh g-1，0.02 A·g-1时的低工作电位为0.28V（vs.Li/Li+）。此外，LTSO纳米粒子在循环时具有稳定的低极化的容量-电压曲线，因此在锂离子电容器中具有潜在的应用前景。然而，通过标准浆料涂覆方法形成的纳米颗粒电极向来存在堆积密度差的问题，这意味着体积能量密度相对较低。
近日，美国西北大学Mark C. Hersam报道了一种可高度填充的电极设计策略，在保持纳米LTSO的其他优势的同时，实现了其高体积能量和功率密度。
文章要点
1）研究人员利用乙基纤维素作为稳定的聚合物，将LTSO纳米颗粒和原始石墨烯纳米片同时分散在浆料中，这些浆料可以用刀片涂覆在集流体上。随后的热处理使乙基纤维素热解，使电极紧凑，然后用石墨烯覆盖LTSO（G-LTSO），并在电极上形成连续的导电碳网络，有利于电荷传输和高倍率性能。此外，导电石墨烯涂层减少了SEI的形成，降低了界面电阻，并在不影响锂离子扩散的情况下最小化了过电位，从而产生了高的体积能量和功率密度。
2）研究人员利用原位透射电子显微镜(TEM)表征技术以获得原子尺度的石墨烯涂层和由此产生的G-LTSO的电化学行为，结果显示，与原始的LTSO相比，G-LTSO锂化产生的结构变化最小，非晶化程度也减少。
3）电极加工方法的可扩展性表明，G-LTSO可以无缝用作下一代LIBs负极，用于高体积能量和功率密度应用。
Jin-Myoung Lim, et al, High Volumetric Energy and Power Density Li2TiSiO5 Battery Anodes via Graphene Functionalization, Matter, 2020
DOI：10.1016/j.matt.2020.07.017
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.07.017
