陕西科技大学景盼盼副教授Chem. Eng. J.：离子扩散隧道协同氧空位增强Ti2Nb10O29负极快速/稳定储锂

第一作者：刘嘉乐

通讯作者：景盼盼

单位：陕西科技大学

锂离子电池具有高能量密度、无记忆效应、环保、耐用等优点，是当前最先进的储能器件之一，被广泛应用于各个领域。石墨负极是商用化最成功的负极材料，但其低的离子电导率、固态电解质中间相（SEI）和锂枝晶的形成，不仅降低了电池的可逆容量和倍率能力，而且可引发电池热失控和短路的风险。Wadsely-Roth铌基氧化物Ti₂Nb₁₀O₂₉因具有安全的储锂工作电位(>1 V vs. Li⁺/Li)、高的理论比容量(~ 400 mAh g^-1)和倍率特性，被认为是一种非常有潜力的新型负极材料。但是，其本征的晶体结构特征会导致其块体材料沿着[010]方向过度生长，致使Li⁺扩散通道较长，此外，其本征电子电导也较差，国内外研究者广泛采用调控材料形貌、复合高电导率材料和掺杂多价态轻原子等方式对其进行改进。本文首次通过抑制[010]方向的生长，并在合成过程中引入晶格氧空位，从而，提升Ti₂Nb₁₀O₂₉的锂离子的传输动力和综合电化学稳定性能。

近日，陕西科技大学的景盼盼副教授在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Diffusion tunnel shortening and Oxygen-Vacancy boosting high rate and stable lithium ion storage of crystallographic self-healed Ti₂Nb₁₀O₂₉anode”的文章。该文章总结了现存石墨负极材料的优劣势，分析了传统Wadsely-Roth铌基氧化物存在的问题，并提出了改善Ti₂Nb₁₀O₂₉储锂性能新策略，即：抑制颗粒在[010]方向的生长而缩减锂离子扩散长度；随制备过程引入晶格氧空位而提升导电性。因此Ov-TNO-nanoparticles具有更低的电荷转移内阻、更高的赝电容效应、Li⁺扩散系数、可逆相变和晶体结构自愈能力。因此，该负极材料表现出优异的Li⁺存储性能，在0.05 A/g时比容量为288 mAh g^-1，初始库仑效率为95.62%，在电流密度为5 A/g时的比容量为162 mAh g^-1，长循环容量保持率为92.3%。本文不仅为快速充电电池提供了一种新的Ov-TNO-nanoparticles负极材料，而且为提高Wadsley-Roth相铌基材料的电化学储能性能提供一种通用策略。

要点二：Ov-TNO-nanoparticles 负极在0.05A/g时的初始容量为288mAh/g，库伦效率高达95.6%,并且在5A/g的长循环测试中表现出92.3%的高容量保持率和高倍率性能；

Jiale Liu, Panpan Jing*, Lu Zheng, Nan Guo, Chang Liu and Hong Wang. Diffusion tunnel shortening and Oxygen-Vacancy boosting high rate and stable lithium ion storage of crystallographic self-healed Ti₂Nb₁₀O₂₉anode

景盼盼，博士（后），副教授，陕西科技大学硕士研究生导师，国家自然科学基金委评议人，低维材料与光/电化学技术研究室负责人。主要从事电化学储能材料（锂离子电池、钠离子电池）和光催化材料的低维结构设计、制备、晶格缺陷与界面调控、机理等。在Energy & Environ. Sci.、Nano Energy、Small、Appl. Mater. Today、J. Hazard. Mater.、Chem. Eng. J.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Nanoscale、Phy. Chem. Chem. Phy.等国际材料、能源、环境领域知名期刊发表SCI收录论文30余篇，授权国家发明专利1件。

刘嘉乐，陕西科技大学材料科学与工程学院（文物保护学院）在读硕士，师从景盼盼副教授，主要聚焦钛铌基氧化物负极材料的储锂性能调控和机理研究。

低维材料与光/电化学技术研究室依托陕西科技大学材料科学与工程学院（文物保护学院），成立于2023年12月12日，由物理、化学和材料等多学科背景的教师、研究生和本科生组成，致力于研发新材料、新制备技术和低维尺度结构等方案，结合光/电化学技术，解决当前国家面临的能源与环境问题。本研究室期待与社会各界的广泛交流与合作！