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由于其能量输出高、贮存寿命长、维护费用低等优点,锂离子电池被认为是非常有潜力应用于电动汽车的一种新型的储能装置。负极材料作为锂离子电池关键性的部件对锤离子电池的性能好坏往往会起到了关键性作用。随着电动汽车的发展,高性能锂离子电池的需求也随之增大,进而加大了对高性能负极材料的需求。在众多锂离子电池负极材料中,M-Nb-O化合物材料因为具有高的理论容量、安全的工作电位、好的循环稳定性等优点,被当作是一类可以代替目前其他锂离子电池负极材料的十分优秀的锂离子电池负极材料。但是M-Nb-O化合物材料还存在两个问题。第一个问题是目前M-Nb-O化合物材料被开发的还比较少。第二个问题是M-Nb-O化合物本身低的电导率和锂离子扩散系数,导致M-Nb-O化合物材料在实际的应用中的性能往往没有达到预期。因此,本文选取了 FeNb11O29和GaNb11O29两种M-Nb-O化合物材料作为实验对象并分别采用了掺杂、氧空位改性和静电纺丝三种技术来改善其电化学性能。(1)最近研究的Feb11O29是一种用于锂离子电池的先进负极材料,它具有比容量大,安全性高等优点。但是,其电子电导率差的缺点很大程度上限制了它的倍率性能。为了解决这个问题,采用Cr3+掺杂,并且用一步固相反应制备了 CrxFe1-xNb11O29(x = 0和0.2)材料。结合晶体结构精修的X射线衍射分析表明,Cr3+掺杂不破坏FeNb11O29的正交剪切Re03晶体结构(Amma空间群)或明显改变晶胞体积。扫描电子显微镜图像结合比表面积测试揭示了Cr3+掺杂后两种材料相似的粒径。由于Cr3+离子中存在自由的3d电子,与FeNb11O29相比,Cr0.2Fe0.8Nb11029的电子电导率提高了三个数量级。因此,Cr0.2Fe0.8NbllO29表现出较好的电化学性质。在0.1C时,它提供254 mAh g-1的大可逆容量。在10 C时,它仍能提供大容量的123 mAh g-1 500次循环后保留率高达86.9%。相比之下,FeNb11O29显示57 mAh g-1的小容量和41.6%的小容量保留。这些结果表明Cr0.2Fe0.8Nb11O29可能成为高性能锂离子电池的有前景的负极材料。(2)最近研究的FeNb11O29是一种用于锂离子电池的先进负极材料,它具有高比容量和安全性等优点。但是,它的倍率性能很低。为了解决这个问题,我们采用了晶体结构修饰。有缺陷的FeNb11O29(FeNb11O27.9)是在N2中使用一步固相反应方法制备的。FeNb11O27.9具有与FeNb11O29相同的正交剪切ReO3晶体结构(Amma空间群),但具有更大的晶胞体积和3.8%的O2.空位(相对于所有的O2-离子),因此Li+离子扩散系数系数提高了 88.39%。含有自由4d电子的Nb4+离子使电子电导率显著增加了三个数量级。因此,FeNb11O27.9显示出了较好的赝电容行为和电化学性质。与FeNb11O29相比,FeN611O27.9在0.1 C下具有270 mAhg-1的更高的可逆容量和90.6%的更高的首周库仑效率。在10C下,FeNb11O27.9仍然保持高达145mAhg-1的容量,循环200次后容量损失为6.9%,而FeNb11O29的对应的值分别为99 mAh g-1和11.1%。(3)M-Nb-0化合物由于具有高容量,安全性和循环稳定性的优点而被认为是用于锂离子电池的有前景的负极材料。然而,目前只开发出非常有限的M-Nb-O负极材料。在此,我们开发出了具有剪切ReO3晶体结构和379 mAh g-1的高理论容量的GaNb11O29作为M-Nb-0族中的新成员。GaNb11O29纳米线(GaNb11O29-N)是在简单的单喷头静电纺丝技术基础上合成的,它由互相连接的GaNb11O29纳米线构成,平均直径约250 nm,比表面积10.26 m2 g-1。这种优异的结构提供了良好的结构稳定性,很小的自聚集效应,大的电化学反应区域和快速的电子/Li+离子传输,因此,GaNb11O29-N具有优异的赝电容性能和出色的电化学性能。在0.1 C时,它具有264 mAh g-1的高比容量和1.69 V的安全工作电位以及96.5%的首周库仑效率。在10 C时,它表现出了优异的倍率性能,高的容量(175 mAhg-1)和优异的循环稳定性,1000次循环后容量保持率高达87.4%。这些结果表明,GaNb11O29-N是锂离子电池的高性能负极材料。