改性TiNb₂O₇纳米颗粒的工程用于低温离子电池

科学领域:

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背景情况:

• 氧化和 (TNO) 是离子电池 (LIB) 的一个有前途的阳极材料,因为它具有很高的理论容量和合适的运行潜力.
• 然而,TNO的离子和电子导电性较低,这阻碍了其在高功率密度LIBs中的应用.
• 酸 (Li4Ti5O12或LTO) 是当前的标准,但如果解决其导电性限制,TNO提供了一个更优质的替代方案.

研究的目的:

• 为了提高TNO纳米颗粒的电化学性能,作为LIBs的阳极材料.
• 研究 (Ce) 修饰对TNO结构和电化学性质的影响.
• 为了证明Ce-modified TNO在高功率和低温应用中的可行性.

主要方法:

• 合成 (Ce) 修饰的TNO纳米粒子.
• 修改后的TNO的结构和电子特性.
• 在不同条件下 (高电流密度,低温度) 在LIB中对TNO基阳极进行电化学测试.

主要成果:

• Ce修改成功地将Ce3+引入了TNO网格,增加了平面间距离和精炼了粒径.
• 这种修改导致了更多的氧气空缺和减少的扩散屏障,提高了离子和电子导电性.
• 经过Ce修改的TNO阳极在100个循环后实现了256.0 mAh g-1在100 mA g-1的高可逆容量,并在3200 mA g-1下保持了183.0 mAh g-1.
• 值得注意的是,阳极在1500个循环后在500 mA g-1下即使在-20°C下也保持了89.7 mAh g-1,其低容量衰变率为每周期0.033%.

结论:

• 改性是一种有效的策略,可以克服TNO对LIB阳极的导电性限制.
• 增强的TNO材料表现出极好的速度能力和在低温下显著的稳定性.
• 这项工作为在苛刻条件下运行的下一代离子电池开发先进的阳极材料提供了可行的途径.