Nonequilibrium fast-lithiation of Li4Ti5O12 thin film anode for LIBs

阳极 材料科学 非平衡态热力学 薄膜 光电子学 纳米技术 工程物理 物理 化学 热力学 物理化学 电极
作者
Yue Chen,Shaohua Zhang,Jiefeng Ye,Xinyi Zheng,Jian‐Min Zhang,Mangayarkarasi Nagarathinam,Yubiao Niu,Hongyi Lu,Guiying Zhao,Jianming Tao,Jiaxin Li,Yingbin Lin,Oleg Kolosov,Zhigao Huang
出处
期刊:Communications physics [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s42005-024-01775-7
摘要

Li4Ti5O12 (LTO) is known for its zero-strain characteristic in electrochemical applications, making it a suitable material for fast-charging applications. Here, we systematically studied the quasi-equilibrium and non-equilibrium lithium-ion transportation kinetics in LTO thin-film electrodes, across a range of scales from the crystal lattice to the microstructured electrodes. At the crystal lattice scale, during the non-equilibrium lithiation process, lithium ions are dispersedly embedded into the 16c position, resulting in more 8a → 16c migration compared with the quasi-equilibrium lithiation, and forming numerous fast lithium diffusion channels inside the LTO lattice. At the microstructural electrode scale, optical spectrum characterizations supported the "nano-filaments" lithiation model in polycrystalline LTO thin-film electrodes during the lithiation process. Our results reveal the patterns of lithium migration and distribution within the LTO thin film electrode under the non-equilibrium and quasi-equilibrium lithiation process, offering profound insights into the potential optimization strategies for enhancing the performance of fast-charging thin film batteries. Li4Ti5O12 (LTO) is an ideal battery material for fastcharging applications. The authors examine Li+ transport in LTO thin film electrodes, revealing that nonequilibrium processes result in unique Li+ occupation states that enhance Li+ diffusion. Findings suggests engineering Li+ occupations in LTO crystal lattice can improve battery performance.
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