原位XRD研究尖晶石型钠钛氧化物的钠嵌脱嵌机理

钠离子电池由于其可持续性最近引起了人们的关注，但在实际使用中仍有一些问题需要克服，例如其重量/体积能量密度和安全性。就安全性而言，由于钠比锂更具活性，因此应限制钠在负极上的树枝状生长。这个问题的一个解决方案是应用钛基氧化物作为负电极材料。正如在锂离子电池领域中众所周知的那样，钛基材料在高于Li⁺/Li的氧化还原电势的电势下与锂反应；因此，它们没有形成枝晶的风险。

^[1]利用原位XRD研究了尖晶石型钠钛氧化物（Na₃LiTi₅O₁₂）在钠插入/提取过程中的反应机理。在钠化和脱钠过程中，XRD图谱分别逐渐向较低和较高的角度移动，同时保持尖晶石型结构，没有观察到新的峰，表明根据以下反应发生了固溶反应； XRD图谱的演变被证实是高度可逆的，这解释了NTO电极的高循环稳定性。Na可能占据两个位置：8a和16c。钠离子最初只占据8a位点，如220峰所证实的那样。220峰的强度随着SOC的增加而逐渐降低，在50%的SOC下几乎没有检测到，表明8a位点的所有Na离子都向16c位点移动。结合XRD的拓扑分析表明，尽管原子间距离太短，但8a位点的Na离子与相邻16c位点的另一个Na离子是稳定的。我们研究了Na₃LiTi₅O₁₂（NTO）的详细结构及其在Na插入和提取过程中的结构演变。结合同步加速器XRD和所制备的NTO的全散射分析，8a位点的钠离子似乎是稳定的，尽管该位点太小，钠离子无法占据。原位XRD分析表明，NTO的晶格常数在Na插入和提取过程中分别可逆地增加和降低，即这些过程遵循固溶反应。随着Na的插入，8a位点的Na占有率逐渐降低，在SOC为50%以上时几乎为零。Na离子的分布和8a和16c位点的位点占用率取决于SOC，可以基于拓扑模型来描述，假设8a位点的Na是稳定的，在相邻的16c位点不超过一个Na。

[1]      Kataoka R, Kojima T, Kitta M, et al. Sodium insertion and de-insertion mechanism of spinel-type sodium titanium oxide studied by in situ XRD[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 890: 161763.

科学指南针是互联网+科技服务平台,500多家检测机构,提供近5万种设备和服务项目,涵盖生物医药、智能硬件、化学化工等多个领域,由专业人员1对1跟踪服务,保证检测质量与效率。

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。