Advanced Functional Materials:金属离子掺杂的纳米钛铌氧螺旋阵列材料

钛铌氧负极材料由于其优异的高安全性和高比容量特性而受到广泛关注,然而其较差的电子传导和较慢的离子传输能力导致电极反应动力学缓慢,活性物质利用低和高功率性能不理想。浙江大学夏新辉研究员和香港城市大学刘琦教授通过螺旋阵列设计结合金属离子掺杂策略提升钛铌氧负极高倍率锂离子储存性能。研究发现:金属铬离子掺杂的纳米钛铌氧螺旋阵列材料拥有更开放的储锂结构、更高的电子电导以及更稳定的电极结构,从而全面改善了高倍率性能和循环稳定性。相关结果发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202002665)上。

钛铌氧(Ti2Nb10O29)是一种锂离子电池负极材料, 它具有比石墨更高的理论容量和更好的安全稳定性以及更优良的快充能力。钛铌氧的电化学性能跟其电子/离子传输特性有关。该研究团队利用溶剂热-固相烧结结合法合成了铬离子掺杂的纳米钛铌氧螺旋阵列材料。纳米级的Cr-TNO是在新型的VGTC基底上限域生长呈螺旋状。通过DFT计算和原位同步辐射XRD技术研究发现Cr3+的掺杂可以改善电子/离子传导,使TNO晶体拥有更加开放的储锂结构。同时铬离子掺杂能有效缩减有害的活化过程,强化电极结构稳定性,从而获得优异的高倍率长循环寿命。