【摘要】 韩国研究团队通过静电纺丝技术开发出厚度可控LTO纳米线电极，厚度范围162-490μm，面积容量达15.8mA h/cm²，循环500次容量保持率超80%。解析纳米线堆叠结构、碳涂层优化及工业化应用前景。

一、核心研究价值与创新点

1.技术突破

通过静电纺丝法开发出厚度可调（162-490μm）的独立式锂钛氧化物（Li4Ti5O12, LTO）纳米线片束电极，突破传统电极面容量瓶颈。

2.性能优势

  • 面积容量达15.8mA h/cm²（0.2C速率），为工业石墨阳极的4.5倍
  • 循环稳定性优异：500次循环后仍保持6.5 mA h/cm²（0.2C）和3.9 mA h/cm²（1.0C）

3.结构创新

  • 多层堆叠纳米线片提供三维离子传输通道
  • 纳米线互连孔隙提升电解质渗透效率
  • 碳涂层优化电荷转移动力学

 

二、制备工艺与结构特征

1.静电纺丝三步法

工艺流程：纳米线纺丝→200℃低温固化→700℃高温煅烧

工艺优势：通过前驱体用量精准控制堆叠层数，实现电极厚度可定制化生产。

2.微观结构解析

图1 （a） LNSB合成工艺和电极工艺示意图。（b） LNSB_H3多层叠层结构的SEM横截面图像。（c） LNSB_H3纳米线互连结构的SEM俯视图。（d） LNSB_L3多层叠层排列的SEM横截面图像。（e） LNSB_L3缠绕纳米线结构的SEM俯视图。（f）单个LNSB_L3纳米线的TEM图像以及与TEM图像相关的碳、锂、氧和钛的（g−j） EELS映射

 

三、关键性能验证数据

1.物相分析

  • XRD谱图（图2）显示纯尖晶石相，无TiO2杂质
  • 晶格参数保持稳定（d=0.48nm），碳含量通过TGA调控（3-8wt%）

LTO晶体结构XRD衍射图谱

图2 LNSB_H3、LNSB_L3的XRD数据

 

2.电化学性能

样品类型

面积容量(0.2C)

循环保持率(500次)

导电率提升

LNSB_L6

15.8 mA h/cm²

82%

4.3×10³ S/m

工业石墨

3.5 mA h/cm²

68%

1.2×10³ S/m

 

四、商业化应用潜力

1.产业化优势

  • 兼容现有锂电生产线设备
  • 单次纺丝可制备10层以上堆叠结构
  • 电极良品率＞95%（实验室数据）

 

2.应用场景

  • 动力电池：适应快充需求（10C倍率）
  • 储能系统：匹配长循环寿命要求
  • 特种设备：满足高安全零膨胀需求

 

参考文献：1.&nbspBae, J.;  Ji, J.;  Kim, M.;  Kang, S. K.;  Park, G. H.;  Jeong, Y. H.;  Jo, C.; Kim, W. B., Thickness-Controllable Electrode of Lithium Titanium Oxide Nanowire Sheets with Multiple Stacked Morphology for Ultrahigh Areal Capacity and Stability of Lithium-Ion Batteries. Energy & Fuels 2023, 37 （16）, 12445-12456.

 

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