郭航教授课题组在微型薄膜锂离子电池制备研究上取得新进展

近日，我院郭航教授课题组在薄膜锂离子电池制造领域取得新进展。相关研究成果以“PVA-assisted spray deposited porous Li₄Ti₅O₁₂ thin film as high-rate and long-cycle anode for lithium-ion thin-film batteries”为题，发表于国际期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院1区，IF=9.9）。

微型薄膜锂离子电池是MEMS器件的理想储能器件。但大规模制备高倍率长循环寿命的薄膜电极十分具有挑战性，尤其是克服薄膜高温结晶过程的开裂与脱附。

郭航教授课题组通过将有机高分子聚合物与无机钛酸盐相结合, 利用超声喷雾沉积开发了一种制备多孔 Li₄Ti₅O₁₂薄膜电极的新策略。该策略利用聚乙烯醇丰富的羟基含量改变雾化液滴的蒸发过程，显著改善薄膜均匀性，并通过钛酸四丁酯和聚乙烯醇形成的交联网络，耗散高温退火过程的热应力，解决了薄膜高温退火过程中的开裂和脱落，实现了高质量多孔晶体薄膜的快速制备。研究表明，有机/无机复合薄膜通过高温相分离形成的3D互联的多孔结构，为电子和锂离子的快速传输提供了充足的通道。阻抗分析揭示了Li₄Ti₅O₁₂在锂化过程中形成的Ti³⁺可以显著提高电极自身导电性。因此所制备的Li₄Ti₅O₁₂薄膜表现出卓越的倍率性能和超长的循环稳定性。

这项工作为薄膜电极的制备提供了一种新的策略。该工作在我院郭航教授和厦门大学马来西亚分校张颖教授的指导下完成。我院2022级博士生兰图为论文第一作者。该工作得到了国家重点研发专项（2020YFB2007400）的资助与支持。