何向明/卢侠InfoMat综述: 可充电电池LTO尖晶石负极的基础和进展

Li₄Ti₅O₁₂（LTO）尖晶石材料占有仅次于石墨的第二大电池负极市场份额，由于其良好的循环稳定性、倍率性能以及与常规和低温电解液的安全性，是一种很有前途的锂离子电池负极材料。然而，低容量和放气问题等几个关键挑战阻碍了 LTO负极的广泛应用。

在此，清华大学何向明研究员、王莉副研究员及中山大学卢侠教授等人根据下一代 LTO负极的重要性和挑战，将LTO及其锂化产品的晶体/电子特性、传统/新型改性策略、电化学性能和储能性能相关联，对LTO锂存储性能进行了深刻的总结。

此外，作者回顾了基于热力学/动力学的方法和进展，包括材料中的Li⁺扩散速率和LTO电极的电化学电位。讨论了先进LTO负极在锂离子电池中应用的关键问题和挑战。最后，作者提出了几种有前景的策略，以确保合理的LTO负极设计以提高LTO性能。

图1. LTO和Li₇Ti₅O₁₂ (Li7)的晶胞结构

作者指出：

（1）在容量优化方面，将电压范围合理扩展到1.0 V以下可使其电流能量密度增加一倍。另一方面，通过构建复合材料也可以提高能量密度。

（2）多相之间的电化学反应动力学应通过理论计算和先进的表征方法（例如冷冻电镜和原位 NMR）来研究。

（3）倍率性能可以通过合理地掺杂或构建导电网络来进一步增强，表面工程、通过高价离子掺杂引入晶格畸变等新策略也显示了非凡的前景。

（4）电池安全问题可行的方法包括表面改性以及开发新的电解液/添加剂。尽管LTO仍有许多问题需要解决，但结合新方法和不断努力，最终将实现LTO在电动汽车和电网规模储能系统中的大规模应用。

图2. LTO负极性能改进的有前景的策略示意图

Li₄Ti₅O₁₂ spinel anode: Fundamentals and advances in rechargeable batteries, InfoMat 2021. DOI: 10.1002/inf2.12228

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