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纳米三氧化二锑制备锂离子负极有哪些优势
随着新兴能源市场的蓬勃发展，越来越多的领域对储能器件提出了更高的要求， 其中以电动汽车、智能电网、可再生能源利用等领域最为迫切。目前商业化的锂离子电池单 体能量密度仍未突破200Wh·kg-1，显然不能满足上述领域的要求。
限制锂离子电池能量密度的重要瓶颈在于目前应用的电极材料实际比容量偏低，其中碳类负极的实际容量在 325mAh·g -1左右。与此同时，锂离子电池由于电极的资源储量以及制备工艺都难以满足低 成本的需要，导致电池组件价格偏高。因此，开发高比容、大储量、短流程、低成本的电极材料，是一个必须面对的重要问题。
尤其是在负极方面，研究人员取得了众多卓有成效的成果，研究和开发了单质、合金、氧化物、硫化物等负极材料。金属锂作为负极时具有极高理论比容量 (3860mAh·g -1 )和极低的电势(-3 .04V vs标准氢电极)，是最理想的负极材料。
但由于锂的化学和热稳定性较差，对电解质的选择和整电池的组装都有一定限制，使得锂负极的发展陷入瓶颈。金属氧化物具有比容量高、热稳定性和化学稳定性好的优点，可实现对现有石墨 (或碳)负极的替代和对金属锂负极的补充。但是金属氧化物负极在电池充放电过程中存在 “体积效应”，使得电池的循环性能不佳。
使用TiO2纳米阵列限域纳米氧化锑CY-SB20为工作电极，对锂组装纽扣电池，进行电化 学性能测试。图1显示该TiO2纳米阵列限域氧化锑负极的电压-比容量曲线，可以看到明显的Sb2O3充放电平台，且经过第一次充放电后，后续的曲线重合性很好，说明该负极具有高的电化学可逆性。
图2显示了该TiO2纳米阵列限域氧化锑负极的循环性能，在3Ag-1的电流密 度下，首次放电比容量达到了682mAhg-1，首次充电比容量达到了492 .6mAhg-1，首次库伦效 率达到了较高的72 .23％，循环420圈后放电容量依然达到了275 .1mAhg-1，库伦效率稳定在 99 .57％，具有优异的循环性能。
图3显示了该TiO2纳米阵列限域氧化锑负极的倍率性能，可以看到，在10C的大倍率下，其可逆比容量依然能达到270mAhg-1，倍率性能优良。
使用纳米三氧化二锑CY-SB20具有下列优点和效果：
(1)通过熔融处理纳米三氧化二锑CY-SB20进入TiO2基体的纳米孔阵列和微米网孔中，在充放电过程 中能够为Sb2O3的体积膨胀提供有向容纳空间，防止Sb2O3脱落丧失活性，提升了电极结构稳定性；
(2)除限域作用外，TiO2 CY-TA30D具有一维稳定的导电通路，为复合负极的离子、电子传输提供保障，其本身也具有170mAh·g -1的理论比容量；
(3)纳米级的Sb2O3有利于释放嵌锂应力，缩短离子、电子迁移路径，提升其循环和倍率性能；添加纳米三氧化二锑的使用，复合负极表现出稳定的循环性能，与现有的商业化负极相比，具备更突出的价格优势。
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