北京化学防御研究所蔡高平课题组--纳米Li4Ti5O12颗粒原位沉积在致密多孔石墨烯骨架上并作为锂离子电池负极实现高体积功率容量
尖晶石Li4Ti5O12在保持优异的功率性能的同时，获得高的振实密度仍然是一个相当大的挑战。本文利用毛细管收缩效应合成了致密的介孔取向多孔石墨烯骨架（HGF）纳米Li4Ti5O12粒子（Li4Ti5O12/HGF）。在毛细管干燥过程中，纳米Li4Ti5O12粒子阻止了石墨烯片的绝对聚集，保留了介孔取向的孔隙率，有利于Li+的快速扩散。通过对多孔结构的精确调整，Li4Ti5O12/HGF复合材料成功地实现了振实密度与孔隙率的平衡。此外，多孔石墨烯片的面内纳米孔为Li+扩散提供了通道，明显削弱了复合材料的Li+扩散阻力。合成的Li4Ti5O12/HGF复合材料具有1.1 g cm-3的高振实密度和152 m2 g-1的中等介孔孔隙率，在0.035、1.75、7和14 A g-1下的体积比容量分别为161、142、120、103 mAh cm-3。当电流密度达到17.5 A g-1时，制备的Li4Ti5O12/HGF复合材料仍具有98 mAh cm-3的容量，表现出优异的超高倍率性能。在7 A g-1下循环1000次后，致密的Li4Ti5O12/HGF复合材料的容量保持在84%，具有很高的循环稳定性。
Figure 1. 致密物料毛细管蒸发干燥过程示意图。
Figure 2. （a）HGO的TEM图像。（b）HGF的TEM图像。（c）空白LTO和LTO/HGF-1的XRD图谱。（d）空白LTO和LTO/HGF-1的拉曼光谱结果。
Figure 3. （a–f）空白LTO和LTO/HGF系列复合材料的SEM图像。
Figure 4. （a）空白LTO、LTO/GF和LTO/HGF-1的CV结果。（b）空白LTO、Li4Ti5O12/HGF系列复合材料和LTO/GF的比容量。（c）空白LTO、典型Li4Ti5O12/HGF复合材料和LTO/GF的倍率性能。（d）LTO/HGF-1、LTO/GF和空白LTO的比容量变化趋势。（e）LTO/HGF-1的长循环性能。（f）本文工作与近期相关文献的比较
Figure 5. 空白LTO（a）、LTO/HGF-1（b）和LTO/GF（c）在不同扫描速率下的CV。（d）三个样品的阳极峰iν-1/2到ν1/2的直线图。（e）LTO/HGF-1的赝电容贡献。（f）LTO/HGF-1和LTO/GF在不同扫描速率下的赝电容和扩散容量的比值。
相关研究成果于2020年由北京化学防御研究所 Gaoping Cao课题组，发表在Journal of Power Sources（2020, 447, 227372）上。原文：Nano-Li4Ti5O12 particles in-situ deposited on compact holey-graphene framework for high volumetric power capability of lithium ion battery anode。