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Revolutionizing Lithium Storage Capabilities in TiO2 by Expanding the Redox Range
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-10-30 , DOI: 10.1021/acsnano.3c06684 Jiantao Li 1 , Guangwu Hu 1, 2 , Ruohan Yu 1 , Xiaobin Liao 1 , Kangning Zhao 1 , Tianyi Li 3 , Jiexin Zhu 1 , Qiang Chen 1 , Dong Su 4 , Yang Ren 3, 5 , Khalil Amine 6 , Liqiang Mai 1 , Liang Zhou 1 , Jun Lu 7
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-10-30 , DOI: 10.1021/acsnano.3c06684 Jiantao Li 1 , Guangwu Hu 1, 2 , Ruohan Yu 1 , Xiaobin Liao 1 , Kangning Zhao 1 , Tianyi Li 3 , Jiexin Zhu 1 , Qiang Chen 1 , Dong Su 4 , Yang Ren 3, 5 , Khalil Amine 6 , Liqiang Mai 1 , Liang Zhou 1 , Jun Lu 7
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TiO2 is a widely recognized intercalation anode material for lithium-ion batteries (LIBs), yet its practical capacity is kinetically constrained due to sluggish lithium-ion diffusion, leading to a lithiation number of less than 1.0 Li+ (336 mAh g–1). Here, the growth of TiO2 crystallites is restrained by integrating Si into the TiO2 framework, thereby enhancing the charge transfer and creating additional active sites potentially residing at grain boundaries for Li+ storage. This strategy is corroborated by the expanded redox range of Ti, as thoroughly demonstrated via synchrotron radiation-based X-ray spectroscopy and Cs-corrected electron microscopy. Consequently, when deployed for lithium storage, the tailored material achieves an extraordinarily high reversible capacity of 559 mAh g–1, 116% of the theoretical maximum of 483 mAh g–1 calculated based on all active species, while simultaneously retaining superior rate capability and robust cycling stability. This work offers fresh perspectives on the revitalization of traditional electrode materials to achieve enhanced capacities.
中文翻译：
通过扩大氧化还原范围彻底改变 TiO2 的锂存储能力
TiO 2是一种广泛认可的锂离子电池（LIB）插层负极材料，但由于锂离子扩散缓慢，其实际容量在动力学上受到限制，导致锂化数低于1.0 Li + (336 mAh g –1 ）。这里，通过将Si整合到TiO 2骨架中来抑制TiO 2微晶的生长，从而增强电荷转移并产生可能位于晶界处用于Li +存储的额外活性位点。这一策略得到了 Ti 氧化还原范围扩大的证实，同步辐射 X 射线光谱和 Cs 校正电子显微镜充分证明了这一点。因此，当用于锂存储时，定制材料可实现 559 mAh g –1的极高可逆容量，是基于所有活性物质计算的理论最大值 483 mAh g –1的 116%，同时保留卓越的倍率性能和强大的循环稳定性。这项工作为振兴传统电极材料以实现增强容量提供了新的视角。
更新日期：2023-10-30
中文翻译：
通过扩大氧化还原范围彻底改变 TiO2 的锂存储能力
TiO 2是一种广泛认可的锂离子电池（LIB）插层负极材料，但由于锂离子扩散缓慢，其实际容量在动力学上受到限制，导致锂化数低于1.0 Li + (336 mAh g –1 ）。这里，通过将Si整合到TiO 2骨架中来抑制TiO 2微晶的生长，从而增强电荷转移并产生可能位于晶界处用于Li +存储的额外活性位点。这一策略得到了 Ti 氧化还原范围扩大的证实，同步辐射 X 射线光谱和 Cs 校正电子显微镜充分证明了这一点。因此，当用于锂存储时，定制材料可实现 559 mAh g –1的极高可逆容量，是基于所有活性物质计算的理论最大值 483 mAh g –1的 116%，同时保留卓越的倍率性能和强大的循环稳定性。这项工作为振兴传统电极材料以实现增强容量提供了新的视角。
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