12月3日，Nature系列期刊Scientific Reports刊发了我院能源与环境材料创新团队在钛酸锂电池产气机理与解决机制研究方面的重要研究成果，论文题目是Gassing in Li4Ti5O12-based batteries and its remedy，贺艳兵博士为该论文第一作者，杨全红教授和康飞宇教授为通讯作者。研究成果由清华大学深圳研究生院、天津大学和香港科技大学合作完成。
锂离子电池钛酸锂负极材料具有安全性高、循环寿命长等优点，在高功率、长寿命锂离子动力电池以及电动车和储能电站动力电源中具有很大的应用前景。近年来，通过金属掺杂、碳材料复合以及减小粒径等一系列措施，极大地提高了钛酸锂材料的倍率充放电性能。然而，钛酸锂负极材料仍然没有规模化应用于动力和储能电池中，主要原因为钛酸锂电池在存储和充放电过程中存在严重的产气现象，成为制约钛酸锂电池应用和发展的主要障碍，该问题引起了电池产业界和学术界的高度重视。
研究团队通过对软包装Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2(NCM)/Li4Ti5O12(LTO)电池研究发现，钛酸锂电池内部主要产生H2、CO2 和 CO等气体，同时首次发现钛酸锂和电解液溶剂之间的本征界面反应是电池产气的主要原因;界面反应包括电解液溶剂烷基碳酸酯的脱羧基、脱羰基和脱氢反应，上述反应被钛酸锂(111)面最表层的Ti4+离子激活，同时钛酸锂(111)面中的部分O2-和Li+离子参与界面反应而被移出，导致钛酸锂表层发生(111)到(222)面的晶面转化，同时伴随锐钛矿二氧化钛(101)晶面的形成。另外，研究发现，在钛酸锂和电解液界面之间建立隔绝层(如构建纳米碳包覆层于钛酸锂表面(LTO/C))，协同包覆层上形成的固体电解质界面(SEI)膜能够明显抑制产气界面反应，从而阻止钛酸锂电池产气行为的发生。上述研究成果对解决钛酸锂电池产气行为具有重要的意义，对钛酸锂动力电池的规模化应用和发展具有促进作用。
研究团队在钛酸锂材料的制备方面也取得了重要进展，通过较简易的方法合成了具有超高倍率性能的块状钛酸锂材料，该材料在10C倍率充放电下比容量超过150 mAh/g，20C倍率充放电比容量达到136mAh/g;同时由于该材料具有块状结构和形貌，具有较高的振实密度，所制备的钛酸锂电池将具有较大的体积能量密度，在动力电池领域具有较大的实用价值，相关研究成果发表于Energy & Environmental Science杂志(Energy Environ. Sci., 2012, 5:9595-9602)。
另外，研究团队还研究了不同形态二氧化钛对钛酸锂性能的影响，并用无定型二氧化钛合成了性能良好的钛酸锂;制备得到了具有良好电化学性能的Zn离子掺杂Li4Ti5O12;同时研究了电解液在钛酸锂以及碳包覆钛酸锂表面的还原反应活性，发现碳包覆层能够很好地抑制电解液在钛酸锂电极表面的持续还原分解，对解决钛酸锂电池产气行为具有重要的指导意义(J. Power Sources, 2012, 202: 253-261; Int. J. Electrochem. Sci., 2011, 6:3210-3223; J. Alloys Compd. 2012, 513: 524-529; Electrochem. Solid St., 2010, 13:A36 )。
上述工作得到了国家自然科学基金委、广东省和深圳市有关项目的资助。Scientific Reports是Nature出版集团于2011年新创刊的综合性期刊，涉及研究领域覆盖了自然科学各个学科。(李宝华)
NCM/LTO和NCM/(LTO/C)电池的产气行为：(a, b) 软包装NCM/LTO 电池循环前后表观形貌;(c, d) 软包装NCM/(LTO/C) 电池循环前后的表观形貌. (e) 当NCM/LTO电池存储和循环后，气体H2、CO2和CO产生;(f) LTO表面被LTO与电解液反应产物形成的SEI膜覆盖，同时LTO表层发生相变. 不同条件下LTO 的TEM图片：(g) 制备的LTO. (h, i)溶剂DEC浸泡后的 LTO. (j) 满电态NCM/LTO电池存储后的LTO.
文章链接：
1. Gassing in Li4Ti5O12-based batteries and its remedy
http://www.nature.com/srep/2012/121203/srep00913/full/srep00913.html
2. Facile synthesis of Li4Ti5O12/C composite with super rate performance
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/EE/c2ee22591c
3. Carbon coating to suppress the reduction decomposition of electrolyte on the Li4Ti5O12 electrode
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775311022841
