Recent Progress on High⁃rate Niobium-based Oxides Anode Materials

doi:10.7503/cjcu20210511

Abstract

Abstract:

Lithium-ion energy storage devices have shown great potential in the fields of large-scale energy storage and new energy vehicles due to their high energy density and environmental friendliness. However， due to the unsatisfactory electrochemical kinetics and safety issue at high rates of traditional anode materials such as graphite and silicon， lithium-ion batteries cannot meet the current increasing requirements of fast charging and discharging. Therefore， it is significant to develop anode materials with fast insertion/de-insertion kinetics of lithium ions， excellent safety and good stability. Compared with traditional anode materials， niobium-based oxides have the advantages of suitable theoretical capacity， safer working potential and fast ion transport channels. This review summarizes the latest progress on niobium-based oxide anode materials for ultrafast lithium ion storage devices， focusing on the lithium storage mechanism and various modification strategies of niobium-based oxides. In the end， the future development directions and challenges of niobium-based oxide materials will be presented.

Key words: Niobium-based oxide, Anode material, High rate performance, Modification method

CLC Number:

O646

TrendMD:

YE Yihua, BA Deliang, LIU Shuailei, CHEN Yinglin, LI Yuanyuan, LIU Jinping. Recent Progress on High⁃rate Niobium-based Oxides Anode Materials[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(10): 3005.

Figures/Tables 12

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Material	Modification	Synthetic method	Mass loading/ （mg·cm^-2）	Potential range/V	Specific capacity/ （mA·h·g^-1）	Rate capability/ （mA·h·g^-1）	Cycling stability	Ref.
Nb₂O₅ nanobelts	Morphology and microstructure design	Solvothermal	—	1.0—3.0	209.3@0.5C	108.8@10C	77.7%（200） @5C	［16］
Nb₂O₅ nanoflakes	Morphology and microstructure design	Template	—	1.0—2.5	179@0.2C	82@20C	62%（1000） @5C	［17］
3DOM?Nb₂O₅	Morphology and microstructure design	Template	—	1.0—3.0	205@0.5C	77@50C	90%（100） @10C	［18］
Mesoporous T?Nb₂O₅ nanofibers	Morphology and microstructure design	Electrospinning	1.5	1.0—2.6	190@0.05 A/g	70@5 A/g	84%（5000） @3 A/g	［19］
HM? Nb₂O₅ nanospheres	Morphology and microstructure design	Coordination? assisted precipitation	1.0—1.5	1.0—3.0	195@1C	125@50C	86.2%（2000） @1C	［20］
T?Nb₂O₅ nanoparticles	Morphology and microstructure design	Sol?gel	—	1.0—3.0	253@0.5C	130@100C	93.3%（4000） @25C	［21］
Nb₂O₅ nanoparticles	Morphology and microstructure design	Hydrothermal	0.1—2.1	0.05—3.0	190@0.25C	43@50C	98.6%（800） @2.5C	［22］
Nb₂O₅ microspheres	Morphology and microstructure design	Solvothermal	—	1.0—3.0	164@1C	98.5@10C	96.2%（500） @5C	［23］
Carbon?encapsulated T?Nb₂O₅ nanocrystals	Conductive?phase compositing	Solvothermal	1.1—1.5	1.0—3.0	192@0.5C	90@100C	88%（1000） @5C	［24］
Material	Modification	Synthetic method	Mass loading/ （mg·cm^-2）	Potential range/V	Specific capacity/ （mA·h·g^-1）	Rate capability/ （mA·h·g^-1）	Cycling stability	Ref.
Nb₂O₅@C core?shell nanocrystals	Conductive?phase compositing	Template	0.9—1.1	1.1—3.0	180@0.05 A/g	90@5 A/g	―	［25］
Ag?1D T?Nb₂O₅	Conductive?phase compositing	Electrospinning	1.5	1.0—2.6	189.9@0.05 A/g	103.6@5 A/g	99.8%（200） @0.5 A/g	［26］
Nb₂O₅?MWCNT	Conductive?phase compositing	Hydrothermal	1.8	1.0—3.0	188.3@0.2C	75.1@20C	96.2%（50） @0.2C	［27］
T?Nb₂O₅/NG	Conductive?phase compositing	Hydrothermal	1.0—3.0	1.0—3.0	164@0.5C	90@100C	70%（20000） @50C	［28］
T?Nb₂O₅/graphene	Conductive?phase compositing	Hydrothermal	—	1.0—3.0	626 C/g@ 1 A/g	220 C/g@50 A/g	—	［29］
T?Nb₂O₅ nanorod film	Array/free?standing design	Hydrothermal	1.5—2.0	1.0—3.0	220@0.5C	160@20C	85%（2500） @10C	［30］
T?Nb₂O₅/rGO nanohybrids	Conductive?phase compositing	Solvothermal	1.6	1.1—3.0	227@0.1C	80@10C	72.6%（100） @0.5C	［31］
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Nb₂O₅ nanobelts	Morphology and microstructure design	Solvothermal	—	1.0—3.0	209.3@0.5C	108.8@10C	77.7%（200） @5C	［16］
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3DOM?Nb₂O₅	Morphology and microstructure design	Template	—	1.0—3.0	205@0.5C	77@50C	90%（100） @10C	［18］
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Nb₂O₅@C core?shell nanocrystals	Conductive?phase compositing	Template	0.9—1.1	1.1—3.0	180@0.05 A/g	90@5 A/g	―	［25］
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