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李馳麟/陳雙強Adv. Sci.：循環(huán)可達8500次，長壽命快充鋰電負極！

高倍率負極材料是開發(fā)快充鋰離子電池（LIBs）的核心。T-Nb₂O₅以其”房柱”結(jié)構(gòu)和體相贗電容效應(yīng)而聞名，有望實現(xiàn)快速的鋰（脫）嵌。但這一特性仍然受到低電子傳導(dǎo)性或布線方式不足的限制。

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所李馳麟、上海大學(xué)陳雙強等提出了一種通過在T-Nb₂O₅顆粒的微觀聚集體內(nèi)部進行電子摻雜、螯合涂層和電化學(xué)轉(zhuǎn)換的三重導(dǎo)電線策略，以實現(xiàn)LIBs的快電和耐用負極。

圖1. PDA-Co-NbO的制備和表征

這種基于T-Nb₂O₅的負極首先被Co或Mn雜原子摻雜，以誘導(dǎo)產(chǎn)生氧空位來提高其電子傳導(dǎo)性。之后，聚多巴胺（PDA）層與T-Nb₂O₅表面螯合并蝕刻，然后將熱解形成外部碳涂層，以進一步提高摻雜的T-Nb₂O₅的電子傳導(dǎo)性。PDA蝕刻還觸發(fā)了T-Nb₂O₅的不規(guī)則球體演變?yōu)橛蓸渲畛跫壛Ｗ咏M成的明確多孔球體。這種蓬松的形態(tài)可以促進電解液的滲透和充分的鋰離子嵌入。

最后，通過放電到較低的電壓，將鋰離子過度注入該負極的晶格中，可以在電化學(xué)循環(huán)的T-Nb₂O₅內(nèi)部原位獲得導(dǎo)電的NbO域，這是NbO和鋰填充的Li_xNb₂O₅之間相分離的結(jié)果。

圖2. 動力學(xué)分析

因此，上述協(xié)同作用使改性的T-Nb₂O₅負極具有超長的循環(huán)壽命（1 A g^-1時8500次循環(huán)后為143 mAh g^-1）和高倍率性能（10.0 A g^-1時為144.1 mAh g^-1）。多條導(dǎo)電線的滲透也使得T-Nb₂O₅的質(zhì)量負荷很高（4.5 mg cm^-2），即使在150次循環(huán)后也能達到0.668 mAh cm^-2的高面積容量。總之，在T-Nb₂O₅中探索更多的導(dǎo)電布線模型是其在高倍率LIBs中實際應(yīng)用的潛在解決方案。

圖3. PDA-Co-NbO的電化學(xué)性能

Triple Conductive Wiring by Electron Doping, Chelation Coating and Electrochemical Conversion in Fluffy Nb2O5 Anodes for Fast-Charging Li-Ion Batteries. Advanced Science 2022.?

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