AM ||太燃了，超高倍率Ti基碳肤质空心球

引      言    

在钠离子电池负极材料中，钛基材料因具有高活性、低成本和环境友好的特性广受关注。由于较低的电位，Na₂Ti₃O₇更是被认为高能量密度钠离子电池的理想负极材料。然而，较差的电子传导性和较高的离子传输能垒限制了其在钠离子电池中的应用。

成果简介    

图1. 硅球的SEM图像, Si@Ti(OH)x球的SEM(b)和TEM(c)图像, Na₂Ti₃O₇@C HHSs的SEM图像(d), TEM(e)图像和HRTEM(F)图像。

先前的研究已表明，通过对材料界面的一系列工程优化可以有效改善电子传导性。中空结构也被广泛应用于电极材料的优化设计，不仅可以增大比表面积，缩短离子迁移路径并提供大量活性位点。鉴于此，阿德莱德大学的乔世璋教授课题组首次合成了含N掺杂碳包覆的超薄Na₂Ti₃O₇纳米片自组装而成的中空球型结构。

图2.  Na₂Ti₃O₇@C HHSs在1C下的第一、第二和第五此的充放电位曲线,  Na₂Ti₃O₇@C HHSs、Na₂Ti₃O₇ HHSs、Na₂Ti₃O₇ HSs的倍率性能。

电化学性能测试表明，在1C下首次放电容量为647mAh/g，充电容量为278mAh/g，首次库伦效率为43.0%。尽管首次库伦效率较低，但在50C的超高倍率下循环1000次，仍可输出超过60mAh/g的容量，且整个过程中的容量衰减仅为6.5%。由此可见，在大电流放电情况下，材料的电化学性能优异。

图3. Na₂Ti₃O₇@C中空球的合成示意线路图。

机理分析    

首先，中空的结构和N掺杂碳涂层上的微孔，在为电极和电解质接触提供了较大表面积的同时，在一定程度上也缩短了离子扩散距离；

其次，N掺杂碳涂层上提供了大量的反应活性位点，并且能够改善材料的电子传导性；

最后，纳米片组装的中空球体可以提供比颗粒更多的化学活性位点，沿着超薄纳米片层可以显著缩减离子在Na₂Ti₃O₇中的扩散距离。

参考文献  

Na₂Ti₃O₇@N-Doped Carbon Hollow Spheres for Sodium-Ion Batteries with Excellent Rate Performance, Fangxi Xie, Lei Zhang, Dawei Su, Mietek Jaroniec, and Shi-Zhang Qiao, Adv. Mater. 2017, 1700989, DOI: 10.1002/adma.201700989

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