Titanium Niobium Oxide Ti2Nb10O29/Carbon Hybrid Electrodes Derived by Mechanochemically Synthesized Carbide for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 氧化铌 混合材料 电化学 碳化钛 碳化物 锂(药物) 化学工程 碳纤维 电极 碳化铌 退火(玻璃) 纳米技术 冶金 复合材料 复合数 化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Öznil Budak,Pattarachai Srimuk,Mesut Aslan,Hwirim Shim,Lars Borchardt,Volker Presser
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:14 (1): 398-407 被引量:22
标识
DOI:10.1002/cssc.202002229
摘要

Abstract This work introduces the facile and scalable two‐step synthesis of Ti 2 Nb 10 O 29 (TNO)/carbon hybrid material as a promising anode for lithium‐ion batteries (LIBs). The first step consisted of a mechanically induced self‐sustaining reaction via ball‐milling at room temperature to produce titanium niobium carbide with a Ti and Nb stoichiometric ratio of 1 to 5. The second step involved the oxidation of as‐synthesized titanium niobium carbide to produce TNO. Synthetic air yielded fully oxidized TNO, while annealing in CO 2 resulted in TNO/carbon hybrids. The electrochemical performance for the hybrid and non‐hybrid electrodes was surveyed in a narrow potential window (1.0–2.5 V vs. Li/Li + ) and a large potential window (0.05–2.5 V vs. Li/Li + ). The best hybrid material displayed a specific capacity of 350 mAh g −1 at a rate of 0.01 A g −1 (144 mAh g −1 at 1 A g −1 ) in the large potential window regime. The electrochemical performance of hybrid materials was superior compared to non‐hybrid materials for operation within the large potential window. Due to the advantage of carbon in hybrid material, the rate handling was faster than that of the non‐hybrid one. The hybrid materials displayed robust cycling stability and maintained ca. 70 % of their initial capacities after 500 cycles. In contrast, only ca. 26 % of the initial capacity was maintained after the first 40 cycles for non‐hybrid materials. We also applied our hybrid material as an anode in a full‐cell lithium‐ion battery by coupling it with commercial LiMn 2 O 4 .
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