用于锂离子电池的高功率和高安全性氧化物基负极材料

2019-01-14 09:05:53
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混合Ti-Nb氧化物Ti2Nb10O29(TNO)是大型锂离子电池的负极材料之一,具有高安全性,因为TNO的Li储存电位(= 1.6 V vs.Li/Li +)应避免可能的镀锂或形成锂枝晶和电池短路以燃烧易燃有机液体电解质。

TNO在低电流速率和良好的循环稳定性下显示出250 mAh g-1的可逆容量。然而,TNO是绝缘材料,其电子导电性很低,导致高电流速率下的电化学性能差。

在此,Toyohashi理工大学电子电气信息工程系的Toshiki Takashima,Ryoji Inada,Yoji Sakurai及其同事表明,通过真空退火可以提高TNO在高电流速率下的电化学性能。

在空气和真空中退火的TNO的照片和X射线衍射图在图1中进行了比较。尽管不同的退火气氛不改变晶体结构,但是通过真空退火,TNO的颜色从白色变为深蓝色,表明存在混合的Ti4 + / Ti3 +离子。

热重分析清楚地表明,通过真空退火引入少量氧空位,这导致TNO中Ti4 +部分还原为Ti3 +。通过解决这一事实,真空退火的TNO(V-TNO)在室温下显示出比空气退火的(A-TNO)高得多的电子传导率(10-6~10-5Scm-1)。

图2显示了在每单位电极面积0.5,2,4和7mA cm-2的各种固定电流密度下,A-TNO和V-TNO电极的充电和放电曲线的比较。两个电极的充电和放电容量随着电流密度的增加而单调下降,但在2mA cm-2以上的电流密度下,V-TNO显示出比A-TNO更大的容量。随着电流密度的增加,这种趋势变得更加显着。

V-TNO电极在高电流速率下的电化学性能得到改善主要归因于固有电子电导率的提高。V-TNO可以用作锂离子电池的新型负极材料,具有高功率和高安全性,适用于混合动力电动汽车和储能系统等大规模应用。

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