众所周知,电极材料是锂离子电池(LIB)的关键部分,氧化钛铌家族已成为锂离子电池高倍率负极材料的研究热点,因其具有接近400 mAh g-1的高理论容量,良好的结构稳定性和约1.6V的高工作电势(相对于Li/Li+),可以有效防止固体电解质界面和锂枝晶的形成,从而减少电解质的消耗和成本。但它们存在较低的固有电子电导率和缓慢的离子转移过程,因此钛铌氧化物(Ti2Nb10O29,TNO)的表现仍然不佳。为了应对这一挑战,浙江大学夏新辉,王秀丽和香港城市大学Qi Liu等人通过结合离子掺杂和螺旋阵列架构的协同策略来提高TNO的高性能。
本文要点:
1) Cr3+掺杂的TNO纳米颗粒(Cr-TNO)在导电的垂直石墨烯@TiC-C(VGTC)骨架上紧密生长,由于VGTC骨架的封闭作用,形成新颖的Cr-TNO@VGTC螺旋阵列。
2) 同时,通过密度泛函理论计算和原位同步加速器X射线衍射技术证明,通过Cr3+掺杂,可以实现更开放的TNO晶体结构,具有更快的离子传输路径和更好的结构稳定性。
3) 得益于卓越的导电网络,超高的Cr-TNO电导率和结构稳定性,Cr-TNO@VTC阵列在40 C时表现出优异的高功率密度(约11kW kg-1)和卓越的耐用性(500次循环后保持91%)。
Shengjue Deng, et al., Synergy of Ion Doping and Spiral Array Architecture on Ti2Nb10O29: A New Way to Achieve High‐Power Electrodes, Adv. Funct. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adfm.202002665
https://doi.org/10.1002/adfm.202002665

