Conductive Nb25O62 and Nb12O29 anode materials for use in high-performance lithium-ion storage

阳极 八面体 材料科学 单斜晶系 锂(药物) 电化学 离子 晶体结构 化学工程 公式单位 纳米技术 电极 结晶学 化学 物理化学 有机化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Renjie Li,Yi Qin,Xin Liu,Liang Yang,Chunfu Lin,Ran Xia,Shiwei Lin,Yongjun Chen,Jianbao Li
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:266: 202-211 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2018.02.034
摘要

Abstract Conductive M–NbV–O compounds are high-capacity, fast-charging, safe and stable anode materials that have potential use in lithium-ion batteries. However, their studies are very limited. Here, we facilely fabricate Nb25O62 (i.e., NbIVNbV24O62) and Nb12O29 (i.e., NbIV2NbV10O29) from high-temperature reduction of Nb2O5 in a mixed H2/Ar atmosphere. Nb25O62 shows a monoclinic shear ReO3 crystal structure with a C2 space group and a structural unit containing a 3 × 4 octahedron-block and 0.5 tetrahedron, while Nb12O29 shows a similar structure with an A2/m space group and a 3 × 4 octahedron-block. Their resulting open crystal structures lead to their large Li+-ion diffusion coefficients. Due to the unpaired 4d electrons in Nb4+, their electronic conductivities are increased by three orders of magnitude in comparison with Nb2O5. First-principles calculations even demonstrate their conductor characteristics. Hence, Nb25O62/Nb12O29 exhibits comprehensively good electrochemical performance, including a significant pseudocapacitive contribution (72.7/79.0% at 1.1 mV s−1), high specific capacity (289/287 mAh g−1 at 0.1 C), high working potential (∼1.69/∼1.72 V vs. Li/Li+), superior rate capability (133/165 mAh g−1 at 10 C) and prominent cyclic stability (only 0.3/14.5% capacity loss over 1000 cycles at 10 C). These findings demonstrate that Nb25O62 and Nb12O29 are promising anode materials for future use in high-performance lithium-ion storage.
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