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快速充電是下一代鋰離子電池的關鍵要求之一，但典型電極材料的鋰離子擴散速率有限?；钚噪姌O材料的納米化是提高鋰離子有效擴散傳輸速率的常用策略，但它也會降低電池的體積能量/功率密度和穩定性。

在此，武漢理工大學孫叢立及荷蘭特溫特大學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極材料，而無需采用納米結構。

NiNb₂O₆主體晶體結構僅表現出單一類型的鋰離子插層通道，導致在充放電循環期間在1.6~1.7 V處出現單一電壓平臺。所有過渡金屬離子（Ni、Nb）的氧化使該結構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，鈮酸鎳表現出10^-12 cm² s^-1的高擴散系數且能夠在高電流密度下進行快速充放電，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負極材料的高倍率性能

研究表明，鋰化過程中最小的體積變化是NiNb₂O₆穩定可逆鋰化過程的根本原因，并導致在100C下20000次循環后容量保持率為81%。

最后，基于LiFePO₄（LFP）和 NCM811正極的全電池系統證明了鈮酸鎳負極在實際電池設備中具有良好的儲能性能。

這項研究表明NiNb₂O₆是一種固有的高倍率負極材料，不需要像許多鈦和鈮基氧化物那樣通過復雜的合成過程實現納米結構，以最小化鋰擴散的長度尺度。

圖2. LFP/NCM811 |NiNb₂O₆全電池的電化學性能

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

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