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隨著鋰離子電池（LIBs）的廣泛研究，鈦基負極材料取得了很大進展。然而，這些已知材料通常具有高放電電壓平臺和有限的能量密度。

在此，北京工業大學尉海軍教授等人首次通過一步水熱處理制備了一種具有層狀結構、二維層狀框架和暴露的高活性（001）晶面的鈦基氧化物Na₂TiGeO₅（NTGO）微尺度薄片，其顯示出作為具有優異電化學性能的LIBs負極的潛力。

其中，NTGO-180（反應溫度為180℃）具有層狀晶體結構和二維層狀形態，可以同時滿足實現快速離子和電子導電的要求，還可以提供額外的贗電容容量。NTGO-180顯示出平坦且適當的電壓平臺，可抑制鋰枝晶的形成并在不降低能量密度的情況下顯著提高電池安全性。此外，高活性（001）晶面將提高其倍率性能，混合結晶和非晶區域的形成可以承受體積膨脹并提高循環可持續性。

圖1. NTGO-180合成過程的示意圖及表征

電化學測試表明，NTGO-180在高容量（電流密度為50 mA g^-1時容量為410 mAh g^-1）、優異的倍率性能和循環穩定性方面表現出良好的電化學性能，即使在500 mA g^-1的非常高的電流密度下，容量仍然可以在4000次循環后保持309 mAh g^-1 而沒有發生損失。

在0.2 V左右的適當放電電壓平臺下，NTGO負極材料與石墨相比具有更高的安全性，與尖晶石Li₄Ti₅O₁₂相比具有更高的能量密度。結合電化學測試和DFT計算，作者闡明了NTGO的Li⁺儲存機理并揭示了轉化反應過程。更重要的是，這項研究為開發用于高效儲能的低壓大容量鈦基負極材料提供了一種途徑。

圖2. 不同NTGO樣品鋰存儲能力的電化學評估

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

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北工大尉海軍Small: 用于鋰離子電池的低壓層狀Na2TiGeO5負極

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