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钠离子电池新型低成本钛基材料的研究

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钛基电极材料因其丰富的储量及无毒性被广泛用作钠离子电池负极.目前主要报道的钛基负极材料是TiO2和各种钠钛氧基的化合物,这类化合物通常由TiO6八面体通过共顶点和共棱形成较为紧密的层状结构或较小的三维通道结构.但是钠离子半径(r=0.113nm)比锂离子半径(r=0.076nm)大30％以上,这类钛基材料的嵌入-脱出过程容易引起主体晶格产生较大应力变化,导致材料的循环稳定性变差,同时较大体积的钠离子在晶格间隙中的扩散系数较低,导致材料的倍率性能较差.因此,设计出更开放的具有大通道结构和更多嵌钠位点的新型钛基材料能够显著提高其储钠性能.合成了具有(1×1)三维通道结构的K2Ti6O13,并首次将其用于钠离子电池负极,这种K2Ti6O13电极表现出186mAh/g的高容量以及较好的循环稳定性和优秀的倍率性能.进一步的,采用碳热还原法合成了更开放的具有(2×2)通道结构的KxTiO2并研究了其储钠性能.这种大通道的结构更有利于钠离子在晶体结构中的扩撒,同时低价钛的存在以及表面的碳包覆层也极大的提高了材料内部和颗粒与颗粒之间的导电性,因此表现出更好的倍率性能和循环稳定性.研究结果表明,具有开放晶体结构的K-Ti-O三元化合物是一类潜在的新型钠离子电池负极材料.

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