原创声明：本文为【新威智能】原创文章，转载及相关事宜请联系小智（微信号：nwMobile）。

第一作者：李俊斌

通讯作者：彭栋梁、魏湫龙

图 1. 不同尺寸钛酸锂纳米颗粒的结构表征。(a) XRD图谱; (b-d) TEM和HRTEM图像: (b) LTO-32 nm, (c) LTO-32 nm和 (d) LTO-18 nm。

图 2. 不同颗粒尺寸钛酸锂的储锂和储钠电化学性能。储锂测试: (a) 0.1 mV s^-1 扫速下的CV曲线；(b) 0.05 A g^-1下的充放电曲线；(c) 不同扫速下拟合得到的b值。储钠测试：(d) 0.1 mV s^-1 扫速下的CV曲线；(e) 0.05 A g^-1下的充放电曲线；(f) 不同扫速下拟合得到的b值。

图 3. 钛酸锂负极的纳米尺寸效应. (a) 不同尺寸钛酸锂储锂过程中扩散和表面控制过程的贡献；(b) LTO-18 nm储锂过程表面控制过程贡献的CV拟合曲线；(c) 不同尺寸钛储钠过程中扩散和表面控制过程的贡献；(d) LTO-18 nm储钠过程表面控制过程贡献的CV拟合曲线；(e) 不同尺寸钛酸锂的 和。

 要点：

1. 随着LTO晶粒尺寸减小，其储锂的比容量下降，但储钠比容量上升，两者呈现不同的“尺寸效应”。

2. LTO的储锂行为随着晶粒尺寸减小，由扩散控制的过程转变为扩散和表面共同控制的过程。

3. LTO储钠行为在不同晶粒尺寸下均为表面主导的过程，但表面反应区域的深度有限。

图 4. (a) 不同尺寸钛酸锂负极的非原位XRD 图谱，包括原始态，放电至1 V, 0.5 V, 0.1 V, 及充电至0.5 V, 1 V, 2 V, 3 V；放电态下的非原位HRTEM图像：(b) LTO-260 nm, (c) LTO-32 nm和(d) LTO-18 nm。(e) 储钠机制示意图：对于LTO负极，钠离子嵌入形成等量Na₆LiTi₅O₁₂ (Na6Li)和Li₇Ti₅O₁₂ (Li7)混合相，缓慢的钠离子迁移抑制了Na₆LiTi₅O₁₂/Li₇Ti₅O₁₂和Li₄Ti₅O₁₂ (Li4) 相界面的移动，使得储钠反应受限于近表面区域。

 要点：

1. Ex-situ XRD结果表明较大尺寸的LTO颗粒的嵌钠过程未发生显著的相结构变化，而小尺寸的LTO嵌钠后出现Na6Li的衍射峰，表明发生了较为充分的结构转变。

2. HRTEM图发现LTO嵌钠反应深度有限，只在近表面区域发生结构转变，并伴随有Li7和Na6Li的混合相。

3. 动力学分析和结构演化数据表明钠离子的扩散深度有限，三相转变反应发生在近表面区域。

图 5. 不同钛酸锂的储钠性能。(a) 倍率性能；(b) 归一化后的容量；(c) 从0.05 到10 A g^-1的充放电曲线；(d) 0.05 A g^-1下的循环性能； (e) 1 A g^-1下的循环性能。

 要点：

1. 随着晶粒尺寸的减小，LTO颗粒展现出了更高的储钠比容量。

2. 与受扩散控制的储锂行为不同，不同晶粒尺寸LTO的倍率性能基本相当。

3. 表面控制的LTO储钠行为具有优异的循环稳定性。

魏湫龙，厦门大学材料学院特任研究员，福建省高层次引进人才，厦门大学南强青年拔尖人才。2016年博士毕业于武汉理工大学材料学院，导师为张清杰教授和麦立强教授。2016-2019年在美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)材料系Bruce Dunn教授课题组从事博士后研究工作。主要从事高比能与高功率电化学储能材料与器件的研究。主持国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目，发表SCI论文110余篇，包括Nat. Comnun., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater.等，论文共计被引用10000余次，多篇论文入选ESI高倍引论文、被选为封面亮点报导。获2021年中国新锐科技人物知社特别奖，入选福建省科协青年人才托举工程。

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.11.017.

 码上阅读原文