Adv. Funct. Mater. 釩酸鈉氧化物納米棒電極原位捕捉離子化氧

【引言】

鋰離子電池引起了通訊和運輸的儲能方式的巨大變革，推動了移動手機和電動汽車的實用化發展，已經擴展至大規模儲能體系。然而，現有商業化正極有限的儲能容量和高成本阻礙了鋰電材料商業化應用的發展。探索高容量比電容和低成本的正極是一個具有挑戰性的任務。釩氧化物因其豐富的資源和低成本作為鋰電池電極材料在過去的幾年備受關注。然而，通常受到關注的塊體釩氧化物的低鋰離子擴散系數，較差的導電性以及長時間循環的不穩定性成為限制其應用的重要原因。

【成果簡介】

武漢理工大學的麥立強（通訊作者）等人利用原位XRD，XPS，拉曼，TEM技術對合成的Na_0.76V₆O₁₅納米棒進行表征，研究了反應電壓窗口和電化學性能的關系。研究結果表明鋰離子的深度嵌入\脫出能夠帶來更明顯的電壓降，電化學極化以及活性鈍化。對電化學反應過程相關電壓窗口的研究對鋰離子電池的實用化應用及循環穩定性的優化具有重要的指導作用。

【圖文導讀】

圖1.a）掃描電鏡照片，b）透射電鏡照片，c）粉末XRD衍射譜圖和XRD精修擬合圖譜，d）EDS圖，e,f）Na_0.76V₆O₁₅納米棒高倍透射電鏡照片。（f）中的插入為對應的快速傅里葉變換模式。g）Na_0.76V₆O₁₅納米棒形成的示意圖。

圖2. Na_0.76V₆O₁₅納米棒材料a）電壓在1.5-4.0 V和b）2.0-4.0 V下掃描速度為0.1 mV s^-1,電流密度為c）0.1 A g^?1和d）不同倍率下的循環伏安曲線。

圖3. Na_0.76V₆O₁₅半電池在a）2.0-4.0 V和b）1.5-4.0 V電壓下進行不同電流密度的恒流充放電時的原位XRD數據。

圖4.a）Na_0.76V₆O₁₅在1.5 V-4.0 V電壓范圍里: b） 4.0 V， c） 3.3 V， d） 2.8 V，e） 2.5 V，f） 1.7 V進行恒流充放電的原位XRD數據。所有的樣品數據均經過XRD精修。

圖5.a）Na_0.76V₆O₁₅原狀態下的XPS數據，b）從2.0 V至4.0 V，c）從1.5 V充至4.0 V。d）Na_0.76V₆O₁₅電極的電壓降。電池首先充電至4.0 V或放電至1.5 V或2.0 V。然后電池陳化30 s。e）電池在1.5 -4.0 V和2.0 -4.0 循環充放電時，在2.5 V電壓平臺附近充電的變化。f）不同電化學狀態下的Na_0.76V₆O₁₅納米棒拉曼光譜。

小結

通過優化電壓窗口從1.5-4.0 V和2.0-4.0 V，Na_0.76V₆O₁₅納米棒材料中的離子化氧的擴散和晶體無定型化的程度能夠被抑制，電池容量保留程度從26%提高到80%。鑒于此，可以看出，對與電化學反應途徑密切相關的電壓窗口的研究對與鋰離子的實用化推廣和進一步優化電池材料的循環穩定性具有極大的借鑒意義。

原文鏈接：The Capturing of Ionized Oxygen in Sodium Vanadium Oxide Nanorods Cathodes under Operando Conditions （Adv. Fun. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602134）

本文由材料人編輯部新能源學術組 東海木子李 供稿，點我加入材料人編輯部。

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