具有高安全性的Na2Ti6O13(NTO)是一种很有前途的钠离子电池负极材料。本研究在掺杂铌的情况下，实现了迁移通道拓宽、电荷密度重分布和氧空位调节的综合修饰，并获得了显著增强的循环性能，在3000 mA g-1下循环3000次后仍保持92%的可逆容量。此外，在-15°C下，整个电池还实现了意想不到的低温性能，在100 mA g-1下具有143 mAh g-1的高放电容量。理论研究表明，Nb优先取代Ti3位，有效提高了结构稳定性，降低了扩散能垒。更重要的是，原位x射线衍射(XRD)和原位拉曼进一步证实了Ti-O键的强大的弹性效应，制定了特殊的电荷补偿机制和各自的调节策略来克服传输动力学迟缓和电导率低的问题，这对提高电化学性能起着关键作用。相关成果以“Improving Low-temperature performance and stability of Na2Ti6O13 Anodes by the Ti–O Spring Effect through Nb-doping”为题发表在国际期刊Angewandte Chemie International Edition上。论文第一作者为四川大学的胡昌燕，通讯作者为四川大学郭孝东教授。
文章亮点：（1）通过引入了具有强Nb-O键的Nb5+，通过增强电导率，扩大离子迁移通道，降低通道中的电荷密度，提升电池的电化学性能。在3000 mA g-1进行3000圈电池循环后，电池容量得以保持92%。而且，构筑的全电池能够在-15 ℃达到100 mA g-1和143 mAh g-1的高放电容量。（2）通过原位XRD和原位Raman表征，验证Ti-O化学键具有非常好的“弹簧”作用和独特的电荷补充机理，分别解决了缓慢的离子转移动力学和低导电性，因此显著增强电化学性能。总的来说，该工作通过引入Nb5+巧妙地设计了具有通道拓宽、氧空位调节和电荷密度重分布的NTONb0.08阳极。通过调整掺杂元素和优化制备工艺，可以进一步改善钠离子电池的性能和稳定性。
原文链接： https://doi.org/10.1002/anie.202312310