|
近日，大连海事大学与济南大学材料科学与工程学院合作，探索出一种新的对于传统TNO材料掺杂的方式以提高Li离子电池性能的策略，以题为“Interstitial and substitutional V5+-doped TiNb2O7 microspheres: Anovel doping way to achieve high-performance electrodes”（间隙型和置换型V5+掺杂TiNb2O7微球的研究实现高性能电极的掺杂方法）发表至化学化工类顶级期刊Chemical Engineering Journal。文章的通讯作者是Juncai Sun（孙俊才），第一作者是Kun Liu（刘坤）和Jia-ao Wang（王佳傲）。 论文链接： https:///10.1016/j.cej.2020.127190 锂离子电池(LIBs)，作为一种新型的绿色储能具有优越的能量密度、工作电压、安全性和良好的循环寿命已被广泛用作动力电动车应用和可穿戴电子设备的来源。目前，石墨作为最具商业价值的阳极材料暴露出的一些缺点，如不可逆力枝严重，性能不佳率低，不易形成固态电解质间相(SEI)膜和严重的安全隐患。因此，探索替代阳极材料具有十分重要的意义，可以有效地规避不足产生的应用石墨。近年来，TiNb2O7 (TNO)和尖晶石Li4Ti5O12被认为是最有前途的替代石墨阳极和已被证明具有良好的安全性和高速性能。以上性能需要Li离子在电池中同时需要具备高穿梭性能、以及良好的电极的导电性，因此对多晶电极框架进行适当的掺杂可以同时具有很多优异性能。 本文采用简单的溶剂热法，利用TBT和+5价态卤素铌盐以及V2O5成功合成了V5+以双掺杂方式的TNO微球。 通过调控V掺杂量获得了高性能的负极材料。此外该V-TNO材料还具有独特的的超长循环稳定性。 (a)TNOMs、V0.015-TNOMs、V0.030-TNOMs和V0.045-TNOMs在0.5 C时的循环性能(b)第1、10、50和100次充放电曲线 (c)各TNOMs、V0.015-TNOMs、V0.030-TNOMs和V0.045-TNOMs以不同速率的放电性能。(d) V0.030-TNOMs与以前研究的基于TNOO阳极的放电性能比较。(e) 10C的长期循环性能（2000圈）。 (a)、(b) V0.015-TNOMs的SEM图像, (c) V0.030-TNOMs和(d) V0.045-TNOMs的SEM图像。(e) V0.030-TNOMs中Ti、Nb、O、V的EDS投影。(f) 是V0.030-TNOMs 的TEM图像(g)是 V0.030-TNOMs HRTEM图像，(h)是V0.030-TNOMs HRTEM对应的电子选区衍射图。 XRD-Rietveld精修和Raman光谱分析，验证了V5+不仅具有取代掺杂模式，而且还插入了TNOMs晶格的间隙中。 (a) TNOMs和Vx-TNOMs的XRD图谱(x =0.015, 0.030, 0.045)。(b)(011)及(c)(1010)衍射峰的放大图。(d) TNOMs， (e) V0.030-TNOMs和(f) V0.045-TNOMs的Rietveld细化XRD图谱。(g) TNOMs和Vx-TNOMs的拉曼光谱(x = 0.015，0.030，0.045)。(h)四个样品250-350cm−1的放大图；(i) 750-850 cm−1的放大图 同时文章结合先进的密度泛函理论（DFT）计算的PDOS，电子电导率的提高可能是由V5+的3d轨道掺杂后提供的前线贡献能级。此外文章进一步讨论了LDOS：CBM、VBM在实空间的投影，进一步证实了前线LDOS分布转变到了V离子周围。同时，文章利用CI-NEB探究了，V5+的双掺杂行为可以使得Li离子迁移获得具有更快离子传输速率。 (a)和(b) 分别TNOMs和 V0.030-TNOMs的pDOS。(c) 和 (d) 分别为TNOMs和V0.030-TNOMs的晶体结构。(e)和(f) 分别为TNOMs、V0.030-TNOMs的LDOS: VBM和CBM。白色和黑色表示自旋向上和自旋向下的VBM和CBM。(g)和(h)分别是TNOMs和V0.030-TNOMs的Li+扩散能垒。 作为锂离子电池的正极材料，V0.030-TNOMs电极在10c下具有163.5 mAh/g的放电能力，循环寿命长，可达2000循环，每循环容量衰减仅为0.014%。本文的过渡金属双掺杂方式策略为新一代高性能电化学储能电极材料提供了新的启示。 *感谢论文作者团队对本文的大力支持。 |
|
|
