揭示低应变纳米多孔Li0.33La0.55TiO3纳米纤维作为锂离子电池有前景负极材料的潜力：探讨碳添加剂和粘结剂的影响

《Energy Advances》：Unveiling the potential of low-strain nanoporous Li0.33La0.55TiO3 nanofibers as a promising anode for Li-ion batteries: exploring the influence of carbon additives and binders

低应变Li0.33La0.55TiO3（LLTO）纳米纤维通过电纺技术制备，并对比溶胶-凝胶法得到的纳米颗粒。研究发现，800℃煅烧的LLTO纳米纤维结合Ketjenblack（KB）碳添加剂和钠alginate（SA）水基粘合剂时，放电容量达417 mAh g?1（0.1 A g?1），循环1000次后容量保持率高达92.9%，体积膨胀小于1%，展现出优异的锂离子扩散动力学和低极化特性。XRD和Raman光谱证实纳米纤维的主相为四方晶系LLTO，并含少量La2Ti2O7和Li2TiO3次生相。HRTEM显示纳米纤维由 interconnected cuboid纳米颗粒组成，直径约500 nm，元素分布均匀。EIS和GITT分析表明，KB/SA组合使电极电荷转移电阻降至0.85 Ω g，锂离子扩散系数达5.43×10?5 cm2 s?1，显著优于其他配体组合。Ex situ XRD和HRTEM证实循环后结构稳定，晶格参数几乎无变化，验证了低应变特性。

　　在锂离子电池的发展过程中，寻找高效、持久、安全且可靠的电极材料是关键。传统电极材料在锂离子嵌入和脱嵌过程中会发生显著的体积变化，从而产生机械应变和应力，这不仅会导致电极材料与集流体之间的剥离，还可能引发锂枝晶的形成和热失控现象。相比之下，低应变嵌入型氧化物电极能够有效防止锂枝晶生长，提高安全性，增强电接触，提升库仑效率，促进稳定且均匀的SEI（固体电解质界面）层，延长电池的使用寿命，同时减少体积变化以保持机械完整性。因此，多种低应变电极材料，包括Li?Ti?O??、LiCrTiO?、LiY(MoO?)?、LiAl?O?以及Li?.08Cr?.02Si?.09V?.9O?，已被广泛研究和应用。然而，这些材料在全电池配置中应用时受到其较低的比容量或较高的工作电位的限制，从而导致能量密度降低。

锂镧钛氧化物（LLTO）因其低应变特性、合适的工作电位和良好的比容量，逐渐受到关注。LLTO属于钙钛矿型（ABO?）晶体结构，其中A位由锂和镧占据，B位则由钛原子占据。这种结构赋予了LLTO优异的离子导电性，其导电性主要取决于A位离子的大小（如镧）、锂离子和空位的浓度以及B–O键的性质。锂离子在LLTO中的迁移主要通过A位的空位和晶格中的间隙位进行。A位的大量未被占据空间为锂离子的自由移动提供了条件，使得锂离子能够高效地嵌入和脱嵌。同时，较大的镧离子会在A位形成瓶颈，促使TiO?八面体的倾斜和旋转，从而降低锂离子的活化能。这种结构特性不仅有助于锂离子的迁移，还提升了电极的稳定性和循环性能。

在实际应用中，碳添加剂和粘结剂对电极性能同样具有重要影响。因此，碳质材料被广泛用于提升电极的导电性，因为大多数电极材料本身电子导电性较差。选择合适的碳添加剂对于实现理想的性能至关重要。粘结剂的作用是确保电极与集流体之间的粘附，并且与活性材料和碳添加剂之间形成凝聚力，从而提升电极的稳定性和循环寿命。考虑到氟化聚合物PVDF是一种持久的有机污染物，其生产和处置可能对环境造成风险，因此采用具有功能性的水基粘结剂（如水凝胶功能粘结剂）以避免使用PVDF和NMP。钠藻酸是一种从褐藻中提取的天然聚合物，作为水凝胶功能粘结剂，具有可生物降解和生态友好的特性，使其成为锂离子电池粘结剂应用的可行选择。钠藻酸不仅能够提供粘结和结构支持，还能促进离子传输、机械增强和环保效益。

近年来，大量研究探讨了LLTO在锂离子电池中的应用，因为其结构稳定性。例如，Bohne等人通过固态合成LLTO作为正极材料，没有使用任何碳添加剂，获得了12 mAh g?1的容量。Chen等人使用8 wt%的乙炔黑作为碳添加剂和8 wt%的PVDF作为粘结剂，获得了Li?.35La?.55TiO?的比容量为72 mAh g?1（在0.0625 mA cm?2的电流密度下）。这一容量归因于La?.55Li?.35TiO?每个公式单位中可逆的0.48锂离子嵌入和脱嵌，这一过程由A位的空位所促进。Hua等人通过化学气相沉积（CVD）技术进行碳涂层（0.4%），展示了Li?.27La?.54TiO?.945的比容量为145 mAh g?1（在0.05 mA cm?2的电流密度下），并且通过改善循环性能提升了其性能。此外，Zhang等人使用传统固态方法制备了La?.5Li?.5TiO?电极，采用Ketjenblack（10 wt%）作为导电添加剂和羧甲基纤维素（10 wt%）作为粘结剂，电极在0.1C/0.02 A g?1的电流密度下提供了225 mAh g?1的容量，并且在3000次循环后仍保持良好的循环稳定性。Keshu Dai等人报告了一种固态合成的Li?.2375La?.5875TiO?电极，结合碳黑（30 wt%）和PVDF（10 wt%）后，获得了270 mAh g?1的可逆容量（在100 mA g?1的电流密度下）。总的来说，关于LLTO的合成，无论是固态还是溶胶-凝胶方法都被使用，这些方法需要高温（>1000 °C）进行化合物形成，并且制备的材料没有特定的形态。钙化温度对LLTO的相纯度具有重要作用。通常报告指出，在较低温度（低于1000 °C）和锂不足条件下会形成La?Ti?O?和Li?TiO?的次级相。然而，目前尚未有报道关于混合相LLTO的电化学性能和锂存储机制。

另一方面，通过静电纺丝技术制备的一维形态（如纳米纤维）在储能方面具有优势。这些纳米纤维具有巨大的表面积和相互连接的结构，能够促进电解质渗透，增强离子传输，提高速率能力。静电纺丝技术能够形成具有大表面积的纳米纤维，这为电化学反应提供了更多的活性位点。这些纳米纤维能够容纳更大的体积变化，同时经历较低的机械应力，从而提升循环寿命。因此，Zheng等人研究了在惰性气氛中静电纺丝并钙化于900 °C的LLTO/碳纳米纤维的快速充电特性，获得了250 mAh g?1的最大容量（在0.2C/0.04 A g?1的电流密度下）。沿着这一思路，本研究集中于在较低温度（700 °C、800 °C、900 °C）下合成低应变电极Li?.33La?.55TiO?纳米纤维，并采用一种替代性的水凝胶功能粘结剂（钠藻酸）和导电添加剂（Ketjenblack）来研究其电化学性能，与传统材料（如PVDF/碳黑）进行比较。根据结果，LLTO与Ketjenblack和钠藻酸粘结剂的组合在1000次循环后仍能保持92%的容量，体积膨胀小于1%，表明其具有低应变特性和稳定性。

为了制备LLTO纳米纤维，使用了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为载体/牺牲化合物。将锂硝酸盐（LiNO?-3.3 mM）、三价镧硝酸盐六水合物（La(NO?)?·6H?O-5.6 mM）和钛酸异丙酯（Ti(OC?H?)?-10 mM）溶解在含有15%乙酸（C?H?O?）的20 mL二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，并搅拌30分钟以获得均匀的产品。随后，将2 g PVP逐渐加入上述混合物中，并搅拌12小时。接着，将聚合物溶液在铝箔上静电纺丝，电压为15 kV，流速为0.6 mL h?1。在纺丝过程中，针头和板之间保持15 cm的距离。最后，将聚合物毡在空气中分别于700 °C（LLTO NF-700）、800 °C（LLTO NF-800）和900 °C（LLTO NF-900）下进行3小时的钙化。同时，使用相同的前驱体溶液制备LLTO纳米颗粒，首先在300 °C下煅烧，然后研磨，最后在800 °C下进一步煅烧（LLTO NP-800）。实验流程的示意图见Scheme 1。

为了制备负极材料，将活性材料（LLTO）、粘结剂（PVDF/钠藻酸）和导电添加剂（碳黑/Ketjenblack）按70:20:10的比例，在合适的溶剂（N-甲基吡咯烷酮/双蒸水）中涂覆在铜基底上。使用刮刀技术进行涂覆，然后在80 °C下干燥过夜。将涂覆后的铜基底切割成直径为12 mm的圆形电极，活性材料负载量为1 mg cm?2。随后，将CR2032型扣式电池在氩气手套箱中组装（H?O < 0.5 ppm，O? < 0.5 ppm）。工作电极是LLTO涂覆的铜基底，而计数和参考电极是锂片（2 mm），两者之间通过玻璃纤维隔膜隔开。电解质为1 M LiPF?，混合EC-DMC（1:1体积比）。通过XRD、拉曼光谱、场发射扫描电镜（FE-SEM）、高分辨率透射电镜（HRTEM）、选区衍射（SAED）和元素映射技术对电极材料进行了表征。电化学测试使用多通道WonAtech仪器在0到3 V（vs. Li/Li?）的电位范围内进行。循环伏安法（CV）使用Biologic电化学工作站，在不同的扫描速率下进行。电化学阻抗谱（EIS）用于研究构建的电极在开路电位（OCP）前后的电荷转移动力学。在1 mHz到1 MHz的频率范围内，施加10 mV的扰动电压。

LLTO纳米纤维的XRD图谱（700、800、900）和LLTO纳米颗粒（图1a）表明形成了四角Li?.33La?.55TiO?相，这与标准JCPDS卡片（编号01-087-0935）中的数据一致，属于P4/mmm空间群。XRD图谱中的显著峰确认了Li?.33La?.55TiO?作为主要相的存在。然而，LLTO NF-800还含有La?Ti?O?和Li?TiO?的次级相，分别标记为(*)和(#)。这些混合相的相对量被估计，其中Li?TiO?（PDF-2卡片33-831）占约5–10%，而La?Ti?O?（PDF-2卡片28-517）占约15%。此外，检测到微量的La?.66?xTiO??3x(OH)?（PDF-2卡片51-123），约占5%，不能忽略其在整体成分中的作用。LLTO纳米纤维和纳米颗粒的晶格参数和单位晶胞体积列于表1中。纳米纤维样品（LLTO NF）的晶格参数“a”从700 °C的3.897 ?逐渐减少到900 °C的3.8677 ?，而“c”参数保持相对稳定，约为7.77–7.78 ?。相应地，单位晶胞体积从118.0 ?3减少到116.19 ?3，随着钙化温度的升高。LLTO NP-800的晶格参数和单位晶胞体积（116.9 ?3）略低于LLTO NF-800（117.3 ?3），表明其晶胞结构略为致密。通过全谱晶体结构精修（图1b）使用Rietveld方法，采用Ruiz等人从中子衍射数据中报道的四角La?.12Li?.62Ti?O?结构（La?.56Li?.31TiO?）作为初始模型。精修后的主钙钛矿相显示计算和实验衍射图谱之间的中等一致性，残差为R_I = 0.0866和R_p = 0.2793（图1b）。LLTO的结构模型表明，La3?在c轴方向上在相邻A位（或笼）中分布不均。这种分布不均导致c轴晶格参数的加倍，从而在衍射图谱中出现超结构线。这一发现表明，钙钛矿结构由沿c轴方向交替的La3?富集层和La3?贫乏层组成，这为LLTO的结构特性提供了重要信息。

拉曼光谱分析表明，LLTO NF-700、LLTO NF-800、LLTO NF-900和LLTO NP-800（图2）显示出多个高强峰，这些峰对应于LLTO四角晶格结构的拉曼活性振动模式。光谱包含几种与材料键合环境相关的特征振动模式。特别是，位于136 cm?1、234 cm?1和524 cm?1的峰与3E_g振动模式相关，反映了四角框架内原子的动态行为。位于136 cm?1的显著峰归因于Ti??在LLTO结构a–b平面中的振动。这一运动与晶格中氧原子的位移相关。该峰的高强度表明钛和氧原子之间的强耦合，强调了四角晶格的结构完整性及其对材料整体稳定性的贡献。除了Ti中心的振动外，位于234 cm?1和524 cm?1的拉曼峰与LLTO框架内的特定阳离子位移相关。位于234 cm?1的峰与E_g振动模式相关，表示A位阳离子（如La和Li）的位移，而位于524 cm?1的峰归因于A?g模式，源于Ti–O键的拉伸和O–Ti–O键的弯曲。这些模式提供了关于钛和氧子晶格相互作用的重要信息，表明了LLTO结构的灵活性和振动动力学。该峰的存在支持了Ti–O框架在LLTO中对离子导电性的关键作用。值得注意的是，图2中观察到320 cm?1的峰，归因于Li和La沿四角结构c轴的A?g模式振动。这一峰强调了Li和La离子之间的振动耦合，进一步确认了它们作为A位阳离子在LLTO晶格中的作用。该峰的广泛性质表明了沿c轴方向的某种无序或振动环境的变化，这可能与Li和La离子在结构中的位置或配位略有变化有关。这种变化可能对材料的离子传输性能产生影响，因为沿c轴方向的阳离子位移可能影响固态矩阵中锂离子的移动性。

为了研究LLTO纳米纤维和纳米颗粒的电化学特性，制备了CR2032扣式电池。图5a显示了在0.5 mV s?1的扫描速率下这些电极的CV曲线。这些曲线在0–1.8 V（vs. Li/Li?）的电位范围内包含多个氧化还原峰，这些峰归因于LLTO纳米纤维中Ti??离子的多相转变。特别是，LLTO NF-800在1.52和1.63 V（vs. Li/Li?）处的显著氧化还原峰归因于Ti3?/Ti??的氧化还原反应。LLTO NF-700、LLTO NF-800、LLTO NF-900和LLTO NP-800的Ti3?/Ti??氧化还原偶的电位差（ΔV）分别为146 mV、113 mV、173 mV和152 mV。值得注意的是，LLTO NF-800表现出最低的极化，表明其电化学动力学增强。此外，LLTO NF-800表现出最高的电流响应，突显其在锂存储中的优越电化学性能。进一步的恒电流充放电（GCD）分析显示，在0.1 A g?1的电流密度下，LLTO NFs的充放电曲线显示出锂嵌入（放电）从约1.5 V（vs. Li/Li?）开始，随后在约1.55 V（vs. Li/Li?）处形成明显的平台，逐渐下降至0 V。充电过程中的相似平台在1.62 V（vs. Li/Li?）处出现，这与CV结果一致，确认了锂离子的嵌入和脱嵌以及Ti3?/Ti??的反应。在所有LLTO纳米纤维电极中，LLTO NF-800表现出最高的容量（约175 mAh g?1）和广泛的平台，表明其锂存储能力增强。

图6a–d展示了LLTO NF-700、LLTO NF-800、LLTO NF-900和LLTO NP-800电极在不同电流密度下的充放电曲线，范围从0.1 A g?1到2 A g?1。在较低电流密度下，所有电极表现出较高的比容量，这得益于较长的充放电时间，能够促进锂离子的完全嵌入和脱嵌。相反，随着电流密度的增加，所有电极的容量均逐渐下降。这种下降归因于极化和动力学限制，这阻碍了锂离子的高效传输和插入/提取过程。在所有电极中，LLTO NF-800（图6b）在所有电流速率下持续提供最高的放电容量，表明其优越的电化学性能。具体而言，在2 A g?1的高电流密度下，LLTO NP-800、LLTO NF-700、LLTO NF-800和LLTO NF-900的放电容量分别为16 mAh g?1、26 mAh g?1、68 mAh g?1和40 mAh g?1。LLTO NF-800在该速率下的显著增强容量表明其提高了锂离子的扩散能力。相比之下，LLTO NP-800表现出最低的容量，反映出其特定形态在高率条件下的局限性。图6e–h展示了微分容量（dQ/dV）曲线，提供了充放电过程中发生氧化还原反应的见解。所有电极在约1.6 V（vs. Li/Li?）处表现出特征峰，对应于可逆的Ti3?/Ti??氧化还原对，确认了锂离子的嵌入和脱嵌的有效性。在较高电流密度下，这些峰显示出轻微的电位偏移，这表明了极化效应。值得注意的是，LLTO NF-800（图6f）和LLTO NF-900（图6g）的电极表现出更尖锐和更显著的氧化还原峰，相较于LLTO NF-700（图6e）和LLTO NP-800（图6h），这表明它们的电化学动力学和氧化还原反应可逆性得到了提升。

为了进一步理解LLTO在不同粘结剂和导电添加剂下的Li?扩散动力学，使用了GITT和EIS技术。EIS在开路电位（OCV）下记录，对LLCP、LLKS和LLKP电极进行频率范围从1 MHz到1 mHz的测试，施加10 mV的扰动电压。所有电极的典型EIS光谱（图14a）显示了一个高频半圆和一个低频尖峰。对应的等效电路（图14a的插图）和参数列于表4中。LLCP、LLKP和LLKS的溶液电阻（R_s）分别为12 Ω、11 Ω和10 Ω。LLCP表现出较低的电荷转移电阻（R_ct）（114 Ω），相较于LLKP（156 Ω）和LLKS（240 Ω）。等效电路参数揭示了三种电极配置的重要信息。LLTO-KB-SA（LLKS）表现出最低的溶液电阻（10 Ω），表明其优异的电解液导电性，而R_ct，即电荷转移电阻，对于LLTO-KB-PVDF（LLKP）而言最高，表明该配置下的电荷转移动力学较慢。LLTO-KB-SA还表现出较高的Warburg系数（140），表明其离子扩散受限。在电容行为方面，LLTO-KB-PVDF具有较高的CPE1值，意味着其在电极/电解液界面的电容贡献较大，这可以增强电荷存储。这些参数共同表明，LLTO-KB-SA可能在电解液导电性和界面电容方面具有优势，尽管扩散限制可能影响其整体性能。通过GITT分析获得的扩散系数在图15a–c中显示，LLCP、LLKP和LLKS的扩散系数分别为1.90 × 10?? cm2 s?1和8.20 × 10?? cm2 s?1，这相对较低。更重要的是，EIS和GITT的扩散系数在0.1 A g?1的电流密度下分别为1.90 × 10?? cm2 s?1和5.43 × 10?? cm2 s?1，这表明其离子扩散动力学的显著提升。

为了进一步评估LLTO电极的电化学性能，使用了不同的碳添加剂和粘结剂，包括Ketjenblack（KB）和碳黑（CB），以及PVDF和SA。LLTO-CB-PVDF（LLCP）、LLTO-KB-SA（LLKS）和LLTO-KB-PVDF（LLKP）的CV曲线在图10a–c中显示。这些曲线在0.5到5 mV s?1的扫描速率下显示出多个氧化还原峰，这些峰归因于LLTO纳米纤维中四价钛的多相转变。在LLCP的第一次循环中，位于2.3 V（vs. Li/Li?）的宽还原峰消失，对应于SEI层的形成。观察到的还原峰在1.39、0.97、0.62和0.25 V（vs. Li/Li?）处，并且在第一次循环后右移，表明氧化还原反应动力学的改善。后续的循环被叠加，表明LLTO纳米纤维的可逆性。位于1.52和1.63 V（vs. Li/Li?）处的显著氧化还原峰归因于Ti3?/Ti??的氧化还原对。根据表5中的数据，LLCP、LLKP和LLKS在0.6 mV s?1的低扫描速率下的电容贡献分别为66.7%、31.04%和35.8%。因此，LLKP的电荷转移贡献较高，而LLCP的电容贡献较高。随着扫描速率的增加，所有电极的扩散贡献都会减少，因为锂嵌入反应的接触时间变短。即使在1 mV s?1的相对高扫描速率下，LLKP的扩散过程仍占其存储空间的65.27%。根据CV和动力学分析，LLTO电极与Ketjenblack和钠藻酸聚合物（LLKS）的性能优于LLKB和LLCP电极。这一优越性能体现在其更高的电流响应、更低的极化和略微增强的伪电容贡献。这些结果主要归因于碳添加剂和粘结剂，它们增强了离子导电性、高电化学活性和可逆性。Ling等人发现，TiO?与钠藻酸结合，在钠离子电池中表现出更低的极化和更高的电流响应，相较于TiO?-PVDF电极。另一项研究也发现，LiFePO?/C/SA系统在电压差和电流方面优于LiFePO?/C/PVDF系统。

在研究了LLTO电极的电化学性能后，进行了进一步的实验分析，以评估其在不同粘结剂和碳添加剂下的性能。例如，LLTO-KB-SA电极在1000次循环后表现出的容量变化（0.7%）表明其具有低应变特性。这一发现进一步强调了LLTO纳米纤维在长期循环稳定性方面的优势。LLTO电极的结构稳定性与低体积变化相结合，使其成为高性能锂离子电池的理想候选材料。LLTO电极的低体积变化表明其能够容纳锂离子的嵌入和脱嵌，而不会发生显著的机械变形，这可能与其他材料在循环过程中出现的容量衰减或结构失效有关。

LLTO纳米纤维在不同的粘结剂和碳添加剂下的电化学性能得到了深入研究。通过使用Ketjenblack和钠藻酸粘结剂，LLKS电极表现出最高的放电容量（317 mAh g?1）和最低的反应电阻（0.85 Ohm g），以及较高的扩散系数（约10?? cm2 s?1），这表明其优异的离子导电性和电化学性能。Ketjenblack和钠藻酸形成的导电网络显著降低了内部电阻，提高了电极的整体导电性，从而提升了其速率能力和电荷转移性能。此外，钠藻酸作为粘结剂，因其分子结构中的羧酸极性基团，提供了较强的粘附性能，增强了活性材料、导电添加剂和集流体之间的粘附性，防止了电极在循环过程中的剥离。同时，Ketjenblack和钠藻酸的结合提升了LLKS电极的结构稳定性和离子导电性，促进了导电添加剂在电极基质中的均匀分散，从而促进了更高效的锂离子扩散，降低了极化，提高了电极在循环过程中的整体性能。

LLTO电极的优异性能主要归因于其独特的结构特性，包括A位的空位和晶格中的间隙位，这为锂离子的嵌入和脱嵌提供了通道。此外，LLTO的低应变特性使其在多次充放电循环中保持结构稳定，避免了机械变形。这与LLTO的高离子导电性和低体积变化密切相关。在电极材料的选择上，Ketjenblack和钠藻酸的结合提供了最佳的性能，它们共同优化了电极的电子和离子路径，从而在高功率应用中表现出更高的速率能力和循环寿命。LLTO纳米纤维在不同的电极配置中表现出优异的性能，特别是在1000次循环后，其体积变化仍低于1%，这表明其具有良好的机械稳定性和低应变特性。

LLTO纳米纤维在不同粘结剂和碳添加剂下的电化学性能也得到了进一步研究。通过电化学阻抗谱（EIS）和恒电流间歇滴定技术（GITT）对LLCP、LLKP和LLKS电极进行了分析。EIS结果显示，LLKS电极的溶液电阻最低（10 Ω），表明其电解液导电性优异，而LLCP电极的电荷转移电阻最低（114 Ω），相较于LLKP（156 Ω）和LLKS（240 Ω）。这些参数表明，LLTO-KB-SA电极在电解液导电性和界面电容方面具有优势，尽管其扩散能力可能受到一定限制。GITT分析显示，LLCP、LLKP和LLKS电极的扩散系数分别为1.90 × 10?? cm2 s?1和5.43 × 10?? cm2 s?1，这表明其在锂嵌入和脱嵌过程中的扩散动力学显著增强。这种增强的扩散系数源于LLTO纳米纤维的高离子导电性和电子导电性，这与钛离子在LLTO中的弱结合电子能力有关。LLTO电极的低极化和高离子导电性表明其在高功率应用中的优越性能，尤其是在快速充放电和长期循环寿命方面。

LLTO纳米纤维在1000次循环后表现出良好的结构稳定性和机械韧性。通过使用XRD和HR-TEM技术，可以观察到其结构的稳定性。例如，LLKS电极在1000次循环后的XRD图谱（图16a和16b）显示没有显著的峰位偏移或衍射图谱的变化，表明其晶格结构在循环后保持稳定。这些结果确认了LLTO纳米纤维在不同电极配置中的低应变特性。这种低应变特性使LLTO纳米纤维成为高性能锂离子电池的理想电极材料。LLTO纳米纤维的结构稳定性和低体积变化表明其在高功率和长期循环寿命方面具有显著优势。通过优化导电添加剂和粘结剂，LLTO纳米纤维能够有效提升其电化学性能，使其在锂离子电池中具有广阔的应用前景。

LLTO纳米纤维的优异性能主要归因于其独特的结构特点，包括A位的空位和晶格中的间隙位，这些特点为锂离子的嵌入和脱嵌提供了通道。同时，LLTO的低应变特性使其在多次充放电循环中保持结构稳定，避免了机械变形。这与LLTO的高离子导电性和低体积变化密切相关。在电极材料的选择上，Ketjenblack和钠藻酸的结合提供了最佳的性能，它们共同优化了电极的电子和离子路径，从而在高功率应用中表现出更高的速率能力和循环寿命。LLTO纳米纤维在不同电极配置中表现出良好的性能，特别是在1000次循环后，其体积变化仍低于1%，这表明其具有良好的机械稳定性和低应变特性。

综上所述，LLTO纳米纤维在锂离子电池中展现出巨大的潜力，特别是在结构稳定性和电化学性能方面。通过静电纺丝技术在较低温度下制备LLTO纳米纤维，不仅减少了制备过程的时间，还避免了传统高温合成方法的局限性。结合Ketjenblack和钠藻酸的LLKS电极表现出优异的性能，其放电容量达到317 mAh g?1，反应电阻最低（0.85 Ω g），扩散系数最高（5.43 × 10?? cm2 s?1）。这些性能的提升归因于Ketjenblack的高表面积和钠藻酸的极性功能基团，它们共同促进了离子传输和电极动力学。通过这种优化，LLTO纳米纤维不仅能够实现高效的锂离子嵌入和脱嵌，还能够保持良好的结构稳定性和机械韧性，使其成为下一代锂离子电池中极具潜力的电极材料。