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An oxygen-deficient Li2ZnTi3O8 anode for high-performance lithium storage
Inorganic Chemistry Frontiers ( IF 6.1 ) Pub Date : 2022-06-22 , DOI: 10.1039/d2qi00976e Huanhuan Liu 1 , Xue Zhang 1 , Zhongxue Zhang 1 , Lijuan Wang 1 , Zhaohui Meng 2 , Zhiyuan Tang 3
Inorganic Chemistry Frontiers ( IF 6.1 ) Pub Date : 2022-06-22 , DOI: 10.1039/d2qi00976e Huanhuan Liu 1 , Xue Zhang 1 , Zhongxue Zhang 1 , Lijuan Wang 1 , Zhaohui Meng 2 , Zhiyuan Tang 3
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Li2ZnTi3O8 (LZTO) as an anode of lithium-ion batteries has been attracting great interest. However, its low electrical conductivity is the biggest obstacle to the practical application of LZTO. The presence of Ti3+ can improve the electronic conductivity of LZTO via the introduction of oxygen vacancies (OVs). Nevertheless, excess OVs can cause severe lattice distortion and then worsen the electrochemical performance of LZTO. In this study, defective LZTO anodes with different concentrations of OVs are fabricated by a practical solid-state method. The effects of OVs on LZTO are investigated by experiments and first-principles calculations. The results show that the presence of OVs promotes random Zn/Ti distribution. LZTO with an appropriate concentration of OVs (LZTO-FA) can stabilize the structure, decrease the diffusion barriers of Li+ ions and transfer resistance. Therefore, LZTO-FA has good electrochemical performance from 0 to 55 °C. More importantly, compared with LZTO with a perfect structure, the intercalation potential of LZTO-FA decreases as shown by the calculations. Therefore, the energy densities of the full cells can be improved using LZTO-FA as the anode. So, the findings can be instructive in the improvement of the electrochemical performance of LZTO via the introduction of OVs.
中文翻译：
一种用于高性能锂存储的缺氧 Li2ZnTi3O8 负极
Li 2 ZnTi 3 O 8 (LZTO)作为锂离子电池的负极一直备受关注。然而，其低电导率是LZTO实际应用的最大障碍。Ti 3+的存在可以提高 LZTO 的电子电导率引入氧空位（OVs）。然而，过量的OVs会导致严重的晶格畸变，进而恶化LZTO的电化学性能。在这项研究中，通过实用的固态方法制造了具有不同 OVs 浓度的有缺陷的 LZTO 阳极。通过实验和第一性原理计算研究了OVs对LZTO的影响。结果表明，OVs 的存在促进了 Zn/Ti 的随机分布。适当浓度的 OVs 的 LZTO (LZTO-FA) 可以稳定结构，降低 Li +的扩散势垒离子和转移阻力。因此，LZTO-FA 在 0 至 55 °C 范围内具有良好的电化学性能。更重要的是，与结构完美的 LZTO 相比，LZTO-FA 的插层电位降低，如计算所示。因此，使用 LZTO-FA 作为阳极可以提高全电池的能量密度。因此，这些发现对于通过引入 OVs来改善 LZTO 的电化学性能具有指导意义。
更新日期：2022-06-22
中文翻译：
一种用于高性能锂存储的缺氧 Li2ZnTi3O8 负极
Li 2 ZnTi 3 O 8 (LZTO)作为锂离子电池的负极一直备受关注。然而，其低电导率是LZTO实际应用的最大障碍。Ti 3+的存在可以提高 LZTO 的电子电导率引入氧空位（OVs）。然而，过量的OVs会导致严重的晶格畸变，进而恶化LZTO的电化学性能。在这项研究中，通过实用的固态方法制造了具有不同 OVs 浓度的有缺陷的 LZTO 阳极。通过实验和第一性原理计算研究了OVs对LZTO的影响。结果表明，OVs 的存在促进了 Zn/Ti 的随机分布。适当浓度的 OVs 的 LZTO (LZTO-FA) 可以稳定结构，降低 Li +的扩散势垒离子和转移阻力。因此，LZTO-FA 在 0 至 55 °C 范围内具有良好的电化学性能。更重要的是，与结构完美的 LZTO 相比，LZTO-FA 的插层电位降低，如计算所示。因此，使用 LZTO-FA 作为阳极可以提高全电池的能量密度。因此，这些发现对于通过引入 OVs来改善 LZTO 的电化学性能具有指导意义。
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