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亞穩態斜方晶五氧化二鈮(T-Nb₂O₅)是一種很有前景的負極，可滿足高倍率鋰離子電池(LIBs)的要求。化學計量T-Nb₂O₅受到重復充放電過程后低電導率和顆粒粉化的困擾。

中科院上海硅酸鹽研究所李馳麟等通過酸浸Nb₂O₅·nH₂O并形成路易斯酸位點，將氧空位注入T-Nb₂O₅顆粒中，以改善其電化學性能。

圖1 T-Nb₂O_5?x合成步驟示意圖

多重表征和模擬揭示了Nb-O鍵的延長，以及NbO₇五方雙錐和NbO₆四方雙錐在T-Nb₂O_5?x中的轉化。氧空位的富集賦予T-Nb₂O_5?x更高的電導率、更好的電化學動力學和更大的贗電容貢獻。但多余的空位不利于T-Nb₂O₅作為負極的結構穩定性，并影響其循環耐久性。

進一步，作者首次提出采用氧摻雜石墨C₃N₄（O-g-C₃N₄）作為氧源來修復多余的氧空位，它也可以作為Nb₂O_5-x生長的犧牲模板，以構建多孔的單片電極網絡。結果，O-g-C₃N₄模板化-Nb₂O₅ (CN-NbO)的氧缺陷濃度降低到酸浸Nb₂O₅(L-NbO)的約1/60。

圖2 Li/CN-NbO電池性能

研究顯示，缺陷調制的CN-NbO顯示出非凡的循環穩定性（5 C下循環1100次后為164 mAh g^-1）、超高倍率（25 C）下的高容量保持（104 mAh g^-1）和高質量負載(4 mg cm^-2)下的大面積容量（0.74 mAh cm^-2)。

此外，具有高平均平臺（2.12 V）和高比容量（229 mAh g^-1）的CN-NbO/LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂全電池證明了其實用前景。氧化物負極上的氧缺陷調制策略為快充和耐用的LIBs提供了一種替代解決方案。

圖3 氧空位作用分析及全電池性能

Defect-Concentration-Mediated T-Nb2O5 Anodes for Durable and Fast-Charging Li-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107060

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中科院上硅所李馳麟AFM：缺陷調制的T-Nb2O5負極實現耐用快充鋰電

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