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高功率快充锂离子电池研究新进展 有望在未来得到广泛应用
2024年08月19日 13:57:36
来源：化工仪器网 作者：杨 点击量：9117
该研究提出了利用多价态阳离子驱动剪切晶体结构调控的新策略，以显著提升Wadsley-Roth铌基氧化物的大功率储锂性能。
【化工仪器网 项目成果】近年来，随着电动汽车和可再生能源技术的飞速发展，对高功率快充锂离子电池的需求日益增长。锂离子电池作为目前最主流的储能设备之一，其性能的提升对于推动整个行业的发展至关重要。其中，Wadsley-Roth晶体剪切结构铌基氧化物(Wadsley-Roth crystallographic shear structure niobium-based oxides)作为一种具有潜力的负极材料，因其独特的三维开放隧道结构和高度的可逆氧化还原对，成为了研究的热点。
Wadsley-Roth结构铌基氧化物因其独特的晶体剪切结构，提供了锂离子快速扩散的路径，这对于提高锂离子电池的功率密度和循环稳定性至关重要。其适中的锂化电位和可逆的氧化还原反应，使得这种材料在开发下一代高功率密度、长寿命和高安全性的锂离子电池方面具有巨大潜力。
然而，尽管Wadsley-Roth结构铌基氧化物具有诸多优点，但其电化学动力学性能仍有待进一步提升。因此，科研工作者们不断探索新的策略，以优化其晶体结构和电化学性能。
近日，陕西科技大学材料学院低维材料与光/电化学技术研究团队景盼盼副教授、美国佐治亚理工学院刘美林教授、华南理工大学赵伯特教授、台师大王祯翰教授的联合科研团队在高功率快充锂离子电池领域取得新进展，相关研究成果发表在Energy & Environmental Science上。该研究提出了利用多价态阳离子驱动剪切晶体结构调控的新策略，以显著提升Wadsley-Roth铌基氧化物的大功率储锂性能。
具体而言，研究团队通过低价态Ti4+抑制部分WO4四面体的形成，并利用高价态W6+促进大尺度Block的形成，进而对Block边界的局域电子结构进行精细调控。这一策略不仅成功研制出了具有超高倍率和优异循环稳定性的新型剪切相三元金属TiNbWO负极材料，还显著提升了其在大电流密度下的储锂能力。实验结果显示，该材料在15 A/g的电流密度下比容量达到了103.7 mAh/g，并且在5 A/g的电流密度下循环4900次后，容量保持率仍高达80%。
这一研究成果不仅为Wadsley-Roth材料体系的研究开辟了新的方向，也为高功率快充锂离子电池的发展提供了有力的技术支撑。随着电动汽车市场的不断扩大和军事领域对高性能储能设备的需求增加，具有优异电化学性能的Wadsley-Roth结构铌基氧化物负极材料有望在未来得到广泛应用。
此外，该研究还展示了多价态阳离子调控策略的广泛适用性，为其他类型锂离子电池材料的优化提供了新思路。未来，科研工作者们将继续探索更多创新的调控策略，以进一步提升锂离子电池的综合性能，推动可再生能源和电动汽车技术的快速发展。
相关研究成果Tailoring the Wadsley-Roth Crystallographic Shear Structures for High-Power Lithium-ion Batteries于近日发表在国际期刊Energy & Environmental Science上。
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