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北工大尉海軍Small: 用于鋰離子電池的低壓層狀Na2TiGeO5負(fù)極

隨著鋰離子電池（LIBs）的廣泛研究，鈦基負(fù)極材料取得了很大進(jìn)展。然而，這些已知材料通常具有高放電電壓平臺(tái)和有限的能量密度。

在此，北京工業(yè)大學(xué)尉海軍教授等人首次通過(guò)一步水熱處理制備了一種具有層狀結(jié)構(gòu)、二維層狀框架和暴露的高活性（001）晶面的鈦基氧化物Na₂TiGeO₅（NTGO）微尺度薄片，其顯示出作為具有優(yōu)異電化學(xué)性能的LIBs負(fù)極的潛力。

其中，NTGO-180（反應(yīng)溫度為180℃）具有層狀晶體結(jié)構(gòu)和二維層狀形態(tài)，可以同時(shí)滿足實(shí)現(xiàn)快速離子和電子導(dǎo)電的要求，還可以提供額外的贗電容容量。NTGO-180顯示出平坦且適當(dāng)?shù)碾妷浩脚_(tái)，可抑制鋰枝晶的形成并在不降低能量密度的情況下顯著提高電池安全性。此外，高活性（001）晶面將提高其倍率性能，混合結(jié)晶和非晶區(qū)域的形成可以承受體積膨脹并提高循環(huán)可持續(xù)性。

圖1. NTGO-180合成過(guò)程的示意圖及表征

電化學(xué)測(cè)試表明，NTGO-180在高容量（電流密度為50 mA g^-1時(shí)容量為410 mAh g^-1）、優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，即使在500 mA g^-1的非常高的電流密度下，容量仍然可以在4000次循環(huán)后保持309 mAh g^-1 而沒(méi)有發(fā)生損失。

在0.2 V左右的適當(dāng)放電電壓平臺(tái)下，NTGO負(fù)極材料與石墨相比具有更高的安全性，與尖晶石Li₄Ti₅O₁₂相比具有更高的能量密度。結(jié)合電化學(xué)測(cè)試和DFT計(jì)算，作者闡明了NTGO的Li⁺儲(chǔ)存機(jī)理并揭示了轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程。更重要的是，這項(xiàng)研究為開(kāi)發(fā)用于高效儲(chǔ)能的低壓大容量鈦基負(fù)極材料提供了一種途徑。

圖2. 不同NTGO樣品鋰存儲(chǔ)能力的電化學(xué)評(píng)估

A Low-Voltage Layered Na₂TiGeO₅ Anode for Lithium-Ion Battery, Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107608

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