近期，南開大學(xué)的梁嘉杰教授和江蘇師范大學(xué)的賴超教授共同開發(fā)了一種含有TiO2顆粒的高性能鋰電負(fù)極材料，其包含良好分散的SiO2、TiO2和碳的三維多孔核/殼纖維骨架，能實現(xiàn)了均勻Li沉積的有效監(jiān)管，防止鋰枝晶的生成。此項研究成果已在Advanced Science期刊上發(fā)表了“Superlithiophilic amorphous SiO2-TiO2 distributed into porous carbon skeleton enabling uniform lithium deposition for stable lithium metal batteries”。
相關(guān)人員透露，在超大電流密度10mAcm-2時，非晶SiO2和TiO2也可以有效控制金屬Li在多空核/殼纖維內(nèi)部的成核和沉積。另外，交聯(lián)的導(dǎo)電纖維及其高度多孔性能使材料具有良好的電導(dǎo)性能、快速離子傳輸特性和良好的機械強度，從而可以受得住電鍍/剝離循環(huán)中大量的鋰離子輸入，優(yōu)化電池循環(huán)與倍率性能。
SiO2，即二氧化硅，是一種酸性氧化物，具有較高的熔沸點和較好的化學(xué)穩(wěn)定性，能作為性能優(yōu)異的電極材料，不過體積膨脹與吸收應(yīng)力較大。
TiO2，即二氧化鈦，由于擁有合適的放電平臺（1.7V vs Li/Li^+），可以避免電解質(zhì)的分解和鋰枝晶的形成，被認(rèn)為是最有希望的替代石墨的候選者。但相對于Si電極，它比容量較低，且電導(dǎo)性和倍率性能較差。
因此，研究人員結(jié)合SiO2與TiO2的優(yōu)缺點，將其與碳一起構(gòu)筑三維碳纖維基骨架，該結(jié)構(gòu)具有降低局部電流密度和確保足夠鋰離子通量；容納調(diào)節(jié)鋰負(fù)極在電鍍/剝離過程中的體積變化；Li沉積于三維基體的內(nèi)部而非直接到表面阻止了枝晶生長等的優(yōu)點。
