经过缺陷工程处理的La1.7Ti2O7?δ纳米纤维作为锂离子电池的高倍率、高稳定性负极材料

《ACS Applied Engineering Materials》：Defect-Engineered La1.7Ti2O7?δ Nanofiber as a High-Rate and High-Stability Anode for Li-Ion Batteries

层状钛酸锶纳米纤维通过缺陷工程和钠果胶粘合剂优化，显著提升锂离子电池阳极的电子电导率、离子迁移效率和循环稳定性。

　　

层状钙钛矿因其在中储能领域的应用而最近受到了广泛关注。通过调控层状钙钛矿中的缺陷（如空位和掺杂），可以改善其电化学应用中的离子导电性和稳定性。本研究探讨了层状钙钛矿型La₂Ti₂O₇纳米纤维（NFs）作为锂离子电池负极的潜在应用。研究重点关注了缺陷工程和水胶体粘合剂对锂存储性能的影响。X射线衍射（XRD）和Rietveld精修分析证实，经过缺陷工程处理的La_1.7Ti₂O_7–δ纳米纤维以及无缺陷的La₂Ti₂O₇纳米纤维均结晶为单斜P2₁结构。拉曼光谱显示，有缺陷的La_1.7Ti₂O_7–δ纳米纤维中存在镧和氧位点的空位，导致晶格畸变。通过形态分析发现，La_1.7Ti₂O_7–δ纳米纤维具有延长的纤维结构，且La、Ti、O元素分布均匀。与La₂Ti₂O₇纳米纤维和La_1.7Ti₂O_7?δ块状样品相比，La_1.7Ti₂O_7–δ纳米纤维表现出更好的电化学活性、更高的倍率性能和显著的循环稳定性。这种性能提升归因于La/O空位的协同效应以及纳米纤维的独特结构：它们共同增强了电子导电性，降低了电荷传输阻力，并为Li⁺的嵌入提供了丰富的活性位点。恒电流间歇滴定技术（GITT）和键价和能（BVSE）分析进一步表明，缺陷工程显著降低了Li⁺的迁移障碍，形成了相互连接的扩散通道，从而促进了离子传输效率。此外，使用不同的粘合剂（聚偏二氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素（CMC）和海藻酸钠）对La_1.7Ti₂O_7–δ纳米纤维负极的电化学性能进行了评估。结果表明，海藻酸钠显著改善了锂存储的动力学性能、倍率性能和循环稳定性。这些结果凸显了缺陷工程和粘合剂选择在提升钙钛矿型钛酸盐纳米纤维作为高性能锂离子电池负极性能方面的综合效应。