基於石墨負極的鋰離子電池在極端條件（如高低溫環境）下不佳的快充特性和安全隱患阻礙了其在電動汽車領域中的進一步發展。因此，尋找一種適用於高低溫變化的新型負極材料則顯得非常重要。近日，青島大學能源與環境材料研究院透過合理設計報道了一種在寬溫度範圍內（-10~60 °C）仍具有快充和長壽命特性的Ni2Nb34O87負極材料，相關工作以“Rational Design and Synthesis of Nickel Niobium Oxide with High-Rate Capability and Cycling Stability in a Wide Temperature Range”為題發表在Advanced Energy Materials上（DOI: 10.1002/aenm.202102550）。
作者選取外層具有自由電子和大離子半徑的Ni2+（0.69Å）與五氧化二鈮進行簡單的固相反應，成功合成剪下ReO3型層狀結構氧化物Ni2Nb34O87，作為鋰離子電池負極材料。得益於層間距的變大和電子電導率增加，Ni2Nb34O87呈現出快速的鋰離子擴散動力學以及儲鋰過程中高比例電容貢獻和較小的晶胞體積膨脹率，使得Ni2Nb34O87無論是在室溫下（25°C）還是在高低溫環境中（-10和60°C）都顯示出良好的快充特性和優異的迴圈穩定性。該工作藉助原位XRD結合Rietveld精修技術定量評價了剪下ReO3型負極材料層間距變化對儲鋰過程晶胞體積變化的影響，揭示了Ni2Nb34O87在寬溫度範圍內（-10~60°C）具有良好儲鋰效能的原因，為設計製備具有高效能的鋰離子電池電極材料提供了重要理論依據。
該論文第一作者為材料科學與工程學院博士研究生呂長鵬，導師為趙修松教授，林春富教授為論文共同通訊作者。青島大學為論文第一完成單位和通訊作者單位。
來源：青島大學
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102550
