焦耳热冲击制备局部原子无序的Ti2Nb10O29-x负极助力超快锂离子存储

本文针对传统Wadsley-Roth相铌基氧化物负极材料（如Ti2Nb10O29）因内部Ti/Nb原子长程有序结构导致锂离子扩散势垒高、本征电子电导率低的问题，提出了一种通过焦耳热冲击技术诱导晶格畸变并引入氧空位的策略。研究背景在于高功率、高安全性锂离子电池（如用于AI算力中心及电动汽车）对负极材料性能的迫切需求。研究目的为在保持结构稳定性的同时，克服原子有序排列造成的离子传输壁垒并提升电子导电性。实验成功制备了局部原子无序且富含氧空位的Ti2Nb10O29-x负极材料，其形成了独特的“非晶包覆晶相”核壳结构。结论表明，该无序化设计有效拓宽了锂离子扩散通道，并协同氧空位，将锂离子迁移能垒从0.28 eV显著降至0.03 eV，同时提升了电子电导率。这使得材料在150 C超高倍率及-40°C低温环境下仍能保持优异的容量（超过100 mAh/g）与长循环稳定性（5000次），并通过DFT计算、原位XRD等表征证明了其结构高度可逆及赝电容主导的快速动力学机制。该工作为高功率储能器件的材料设计提供了新思路。