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快速充電是下一代鋰離子電池的關(guān)鍵要求之一，但典型電極材料的鋰離子擴(kuò)散速率有限。活性電極材料的納米化是提高鋰離子有效擴(kuò)散傳輸速率的常用策略，但它也會(huì)降低電池的體積能量/功率密度和穩(wěn)定性。

在此，武漢理工大學(xué)孫叢立及荷蘭特溫特大學(xué)Mark Huijben等人首次證明鈮酸鎳NiNb₂O₆是一種新的本征高倍率鋰離子電池負(fù)極材料，而無(wú)需采用納米結(jié)構(gòu)。

NiNb₂O₆主體晶體結(jié)構(gòu)僅表現(xiàn)出單一類(lèi)型的鋰離子插層通道，導(dǎo)致在充放電循環(huán)期間在1.6~1.7 V處出現(xiàn)單一電壓平臺(tái)。所有過(guò)渡金屬離子（Ni、Nb）的氧化使該結(jié)構(gòu)能夠在低電流密度下以約244 mAh g^-1的容量完全鋰化至Li₃NiNb₂O₆。

此外，鈮酸鎳表現(xiàn)出10^-12 cm² s^-1的高擴(kuò)散系數(shù)且能夠在高電流密度下進(jìn)行快速充放電，從而在 1、5、10和100C下分別獲得220、165、140和 50 mAh g^-1的高容量。

圖1. NiNb₂O₆負(fù)極材料的高倍率性能

研究表明，鋰化過(guò)程中最小的體積變化是NiNb₂O₆穩(wěn)定可逆鋰化過(guò)程的根本原因，并導(dǎo)致在100C下20000次循環(huán)后容量保持率為81%。

最后，基于LiFePO₄（LFP）和 NCM811正極的全電池系統(tǒng)證明了鈮酸鎳負(fù)極在實(shí)際電池設(shè)備中具有良好的儲(chǔ)能性能。

這項(xiàng)研究表明NiNb₂O₆是一種固有的高倍率負(fù)極材料，不需要像許多鈦和鈮基氧化物那樣通過(guò)復(fù)雜的合成過(guò)程實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)，以最小化鋰擴(kuò)散的長(zhǎng)度尺度。

圖2. LFP/NCM811 |NiNb₂O₆全電池的電化學(xué)性能

Nickel Niobate Anodes for High Rate Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102972

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武漢理工&特溫特大學(xué)AEM: 用于高倍率鋰離子電池的鈮酸鎳負(fù)極

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