四方相Nb2O5微米球的可控合成及高负载量下的储锂性能学术资讯

来源：中国科学杂志社

随着电子产品的不断升级和能量存储设备的更新换代，锂离子电池负极材料需要满足更高的能量密度和功率密度，更好的循环稳定性和倍率性能的需求。五氧化二铌（Nb2O5）具有独特的锂离子扩散通路以及嵌入型赝电容反应机理，能够实现锂离子的快速嵌入/脱出，表现出非常好的循环稳定性和倍率性能，因而被认为是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。武汉理工大学麦立强教授课题组通过一种简单且可控的方法合成了四种晶型的Nb2O5微米球（TT-Nb2O5，T-Nb2O5，M-Nb2O5，H-Nb2O5）。将它们作为锂离子电池负极进行电化学性能测试，其中M-Nb2O5表现出相较TT-Nb2O5，T-Nb2O5和H-Nb2O5更高的可逆容量，更好的循环稳定性和优异的倍率性能。在未经碳包覆以及纳米结构改性的情况下，该工作合成的M-Nb2O5在超高负载量下实现了高的面积比容量和良好的循环稳定性。此外，通过电化学测试，密度泛函理论计算以及原位XRD测试进一步解释了M-Nb2O5 高的电子传输和锂离子传输动力学特征。

图1 TT-Nb2O5、T-Nb2O5、M-Nb2O5和H-Nb2O5 的循环性能和倍率性能以及M-Nb2O5在不同负载量下的面积比容量和质量比容量。该工作通过简易合成方法合成了纯相的M-Nb2O5微米球，作为锂离子电池负极材料，表现出相较于TT-Nb2O5，T-Nb2O5和H-Nb2O5更高的比容量（在0.2A g-1的电流密度下表现出163 mAh g-1的比容量），更好的循环稳定性（在0.2 A g-1的电流密度下循环1000圈后的容量保持率为82.3%）以及更加优异的倍率性能。M-Nb2O5电极材料在充放电过程中呈现扩散控制、高度可逆的锂离子脱嵌机制，以及表现出更高的本征电导，从而在22.51 mg cm-2的超高负载量下能够实现高达2.24mAh cm-2的面积比容量。在12.12 mg cm-2的负载量下，循环100圈后的容量保持率为95.1%，表明此材料具有良好的循环稳定性。相关研究：“Facile formation of tetragonal-Nb2O5 microspheres for high-rate and stable lithium storage with high areal capacity”以封面文章发表于Science Bulletin 2020年第14期。
文章信息：[点击下方链接或“阅读原文”可获取全文] Zhiquan Hu, Qiu He, Ziang Liu, Xiong Liu, Mingsheng Qin, Bo Wen, Wenchao Shi, Yan Zhao, Qi Li, Liqiang Mai. Facile formation of tetragonal-Nb2O5 microspheres for high-rate and stable lithium storage with high areal capacity. Science Bulletin, 2020, 65(14): 1154-1162

来源：scichina1950 中国科学杂志社

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