北工大尉海军Small: 用于锂离子电池的低压层状Na2TiGeO5负极

随着锂离子电池（LIBs）的广泛研究，钛基负极材料取得了很大进展。然而，这些已知材料通常具有高放电电压平台和有限的能量密度。

在此，北京工业大学尉海军教授等人首次通过一步水热处理制备了一种具有层状结构、二维层状框架和暴露的高活性（001）晶面的钛基氧化物Na₂TiGeO₅（NTGO）微尺度薄片，其显示出作为具有优异电化学性能的LIBs负极的潜力。

其中，NTGO-180（反应温度为180℃）具有层状晶体结构和二维层状形态，可以同时满足实现快速离子和电子导电的要求，还可以提供额外的赝电容容量。NTGO-180显示出平坦且适当的电压平台，可抑制锂枝晶的形成并在不降低能量密度的情况下显著提高电池安全性。此外，高活性（001）晶面将提高其倍率性能，混合结晶和非晶区域的形成可以承受体积膨胀并提高循环可持续性。

图1. NTGO-180合成过程的示意图及表征

电化学测试表明，NTGO-180在高容量（电流密度为50 mA g^-1时容量为410 mAh g^-1）、优异的倍率性能和循环稳定性方面表现出良好的电化学性能，即使在500 mA g^-1的非常高的电流密度下，容量仍然可以在4000次循环后保持309 mAh g^-1 而没有发生损失。

在0.2 V左右的适当放电电压平台下，NTGO负极材料与石墨相比具有更高的安全性，与尖晶石Li₄Ti₅O₁₂相比具有更高的能量密度。结合电化学测试和DFT计算，作者阐明了NTGO的Li⁺储存机理并揭示了转化反应过程。更重要的是，这项研究为开发用于高效储能的低压大容量钛基负极材料提供了一种途径。

图2. 不同NTGO样品锂存储能力的电化学评估

A Low-Voltage Layered Na₂TiGeO₅ Anode for Lithium-Ion Battery, Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107608

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北工大尉海军Small: 用于锂离子电池的低压层状Na2TiGeO5负极

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