Adv. Funct. Mater. 钒酸钠氧化物纳米棒电极原位捕捉离子化氧

【引言】

锂离子电池引起了通讯和运输的储能方式的巨大变革，推动了移动手机和电动汽车的实用化发展，已经扩展至大规模储能体系。然而，现有商业化正极有限的储能容量和高成本阻碍了锂电材料商业化应用的发展。探索高容量比电容和低成本的正极是一个具有挑战性的任务。钒氧化物因其丰富的资源和低成本作为锂电池电极材料在过去的几年备受关注。然而，通常受到关注的块体钒氧化物的低锂离子扩散系数，较差的导电性以及长时间循环的不稳定性成为限制其应用的重要原因。

【成果简介】

武汉理工大学的麦立强（通讯作者）等人利用原位XRD，XPS，拉曼，TEM技术对合成的Na_0.76V₆O₁₅纳米棒进行表征，研究了反应电压窗口和电化学性能的关系。研究结果表明锂离子的深度嵌入\脱出能够带来更明显的电压降，电化学极化以及活性钝化。对电化学反应过程相关电压窗口的研究对锂离子电池的实用化应用及循环稳定性的优化具有重要的指导作用。

【图文导读】

图1.a）扫描电镜照片，b）透射电镜照片，c）粉末XRD衍射谱图和XRD精修拟合图谱，d）EDS图，e,f）Na_0.76V₆O₁₅纳米棒高倍透射电镜照片。（f）中的插入为对应的快速傅里叶变换模式。g）Na_0.76V₆O₁₅纳米棒形成的示意图。

图2. Na_0.76V₆O₁₅纳米棒材料a）电压在1.5-4.0 V和b）2.0-4.0 V下扫描速度为0.1 mV s^-1,电流密度为c）0.1 A g⁻¹和d）不同倍率下的循环伏安曲线。

图3. Na_0.76V₆O₁₅半电池在a）2.0-4.0 V和b）1.5-4.0 V电压下进行不同电流密度的恒流充放电时的原位XRD数据。

图4.a）Na_0.76V₆O₁₅在1.5 V-4.0 V电压范围里: b） 4.0 V， c） 3.3 V， d） 2.8 V，e） 2.5 V，f） 1.7 V进行恒流充放电的原位XRD数据。所有的样品数据均经过XRD精修。

图5.a）Na_0.76V₆O₁₅原状态下的XPS数据，b）从2.0 V至4.0 V，c）从1.5 V充至4.0 V。d）Na_0.76V₆O₁₅电极的电压降。电池首先充电至4.0 V或放电至1.5 V或2.0 V。然后电池陈化30 s。e）电池在1.5 -4.0 V和2.0 -4.0 循环充放电时，在2.5 V电压平台附近充电的变化。f）不同电化学状态下的Na_0.76V₆O₁₅纳米棒拉曼光谱。

小结

通过优化电压窗口从1.5-4.0 V和2.0-4.0 V，Na_0.76V₆O₁₅纳米棒材料中的离子化氧的扩散和晶体无定型化的程度能够被抑制，电池容量保留程度从26%提高到80%。鉴于此，可以看出，对与电化学反应途径密切相关的电压窗口的研究对与锂离子的实用化推广和进一步优化电池材料的循环稳定性具有极大的借鉴意义。

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

本文由材料人编辑部新能源学术组 东海木子李 供稿，点我加入材料人编辑部。

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