High-vacancy-type titanium oxycarbide for large-capacity lithium-ion storage

材料科学 电化学 锂(药物) 空位缺陷 离子 钛酸锂 电极 化学工程 冶金 锂离子电池 结晶学 热力学 物理化学 电池(电) 物理 工程类 内分泌学 功率(物理) 化学 医学 量子力学
作者
Bao Zhang,Jiusan Xiao,Shanyan Huang,Yang Chen,Chuguang Yu,Shuqiang Jiao,Feng Wu,Guoqiang Tan,Hongmin Zhu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:122: 109347-109347 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109347
摘要

Electrochemical processes involving the ion insertion/desertion are usually accompanied by composition variation and structural evolution of electrode materials. Here we propose a meaningful lattice regulation by inserting lithium ions to unlock an active crystalline plane from which high energy storage performance can be obtained. A rock-salt titanium oxycarbide featuring 12% titanium vacancies (Ti0.88□0.12C0.63O0.37) in high active (011) crystalline plane bears excellent electrochemical activity that enables additional reversible lithium insertion, providing a high initial specific capacity of 390 mAh g−1 at 0.05 A g−1. EPR, XAS, PDF and TEM measurements confirm abundant titanium vacancies, electrochemical studies combined with computational calculations demonstrate high activity of (011) crystalline plane as domain channels for lithium-ion insertion, and ex-situ XRD investigations disclose structural evolution during lithium-ion insertion/desertion. Notably, the repeated lithium-ion insertion/desertion promotes new exposure of (011) crystalline planes, leading to a capacity "negative fading" from the initial 120 to 325 mAh g−1 after 1100 cycles at 0.5 A g−1. The study presents the inner relationship between material microstructural transformation and electrochemical properties, providing a new perspective for mechanism re-understanding and structure development of ion-storage electrode materials.

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