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AEM：寬溫域（-10至60 °C）、高倍率（50C）、長壽命（1000圈）新型負極

基于石墨負極的鋰離子電池已達到幾個關鍵極限，例如低倍率能力、極端條件下的快速容量衰減和安全問題。

澳大利亞昆士蘭大學X. S. Zhao、青島大學林春富等合理設計合成了一種新型鋰離子電池負極材料鎳鈮氧化物（Ni₂Nb₃₄O₈₇）。

圖1 材料表征

合理設計的Ni₂Nb₃₄O₈₇材料具有高電子電導率（5.0 × 10^–6 S cm^–1）、快速的鋰離子擴散動力學（擴散率：5.3 × 10^–13 cm² s^–1），并在-10至60 °C的溫度范圍內表現出高倍率性能和循環穩定性。在25 °C時，它在0.1C下可提供 339 mAh g^-1的可逆比容量，在20C下循環1000次后容量保持率為98.1%。

在-10 °C時，它在0.1C下顯示出207 mAh g^-1的可逆容量，當倍率從0.5C增加到2C時，容量保持率為64.0%，并且在2C下循環1000次后容量沒有衰減。

圖2 Ni₂Nb₃₄O₈₇在25℃下的電化學性能

在60 °C時，它在0.1C 下表現出 224 mAh g^-1的可逆容量，當倍率從0.5C增加到10C時，容量保持率為65.3%，并在10C下循環1000次后仍保持78.7%的容量。

原位X射線衍射測量結合Rietveld表明，具有剪切ReO3型層狀結構的 Ni₂Nb₃₄O₈₇的層間距相對較大，有效促進鋰離子的傳輸和存儲，鋰化時單元電池體積膨脹約6.71%。這種新型負極材料對于在寬溫度范圍內工作的鋰離子電池具有廣闊的前景。

圖3 Ni₂Nb₃₄O₈₇在-10℃和60℃下的電化學性能

Rational Design and Synthesis of Nickel Niobium Oxide with High-Rate Capability and Cycling Stability in a Wide Temperature Range. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102550

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