黄富强/唐宇峰AFM：新型高容量Ti基负极，容量为TiO2的两倍多！

嵌入型电极具有预期的低理论容量，这落后于它们的高倍率性能和稳定性。

北京大学黄富强、中国科学院上海硅酸盐研究所唐宇峰等开发了高容量TiNCl作为一种新型Ti基嵌入型负极。

图1. 锂化过程中双功能TiNCl和TiO₂涂层的设计

α-TiNCl是一种TiO₂的等电子系统，其特征是由Cl原子终止的分级TiN主链，其中岩盐TiN骨架起到电子导体的作用，同时层间空隙提供了Cl配位的Li⁺位点，而没有强烈的Li-Ti排斥，这被证明是具有低能垒的快速扩散路径（0.06 vs 0.47 eV TiO₂）。

因此，这实现了用于Li⁺和e-传输的双功能TiNCl基质。为了稳定层状结构，作者进一步通过氨解和随后的热处理合成了TiO₂涂层支撑的TiNCl，在深度锂化/脱锂过程中，TiNCl被TiO₂均匀包裹可避免层塌陷，此外TiO₂还可以作为电子库加速界面电子转移。

图2. 电化学性能

因此，受益于上述优势，TiNCl-TiO₂负极表现出超高的Li⁺嵌入容量（是TiO₂的 243%）和出色的电池性能（在≈17 C下循环2500次后为231 mAh g^-1，在≈34 C下循环10000次后为94 mAh g^-1）。

此外，LiCoO₂||TiNCl-TiO₂全电池可在300次循环中保持170 mA h g^–1。优异的性能归因于双功能TiNCl基质中容易的锂扩散路径，这可能会启发对大容量和高倍率性能嵌入型负极的探索。

图3. 理论计算

A Dual-Functional Titanium Nitride Chloride Layered Matrix with Facile Lithium-Ion Diffusion Path and Decoupled Electron Transport as High-Capacity Anodes. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112074

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