戴胜教授AEM: 新型锂电负极Mo1.5W1.5Nb14O44的快充性能研究

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戴胜教授AEM: 新型锂电负极Mo1.5W1.5Nb14O44的快充性能研究
Wadsley-Roth相铌酸盐是很有前途的锂离子电池负极材料，但其固有的绝缘特性而导致的低电导率问题仍然限制了其倍率性能。
戴胜教授AEM: 新型锂电负极Mo1.5W1.5Nb14O44的快充性能研究
在此，美国田纳西大学/橡树岭国家实验室戴胜教授等人首次通过离子热合成辅助掺杂策略轻松制备了一种具有Wadsley-Roth相的新型掺杂Mo1.5W1.5Nb14O44（MWNO）材料。该合成策略主要基于成熟的非水解溶胶-凝胶工艺，具有出色的简单性、安全性和多功能性，同时利用离子液体作为多孔结构导向模板和溶剂。
作者通过中子粉末衍射和像差校正扫描透射电子显微镜对MWNO的详细晶体结构进行了表征，揭示了Mo6+-掺杂剂在t1四面体位点的完全占据。在半电池中，MWNO表现出增强的快速充电能力，MWNO分别在20和50 C的倍率下实现了高达190.9和154.5 mAh g-1的可逆容量。即使在100 C的极高充电倍率下，MWNO 仍可提供 92.0 mAh g-1的高可逆容量。
戴胜教授AEM: 新型锂电负极Mo1.5W1.5Nb14O44的快充性能研究
图1. 深入研究MWNO电极的Li+扩散率和存储机理
通过紫外-可见漫反射光谱、DFT计算和电化学阻抗谱表征，作者研究了性能改善的原因，证明带隙变窄提高了MWNO的电导率。此外，原位XRD表明MWNO在电化学反应过程中表现出典型的基于固溶体相转换的Li+嵌入/脱嵌机制并具有可逆的结构演化。由于Mo6+/W6+掺杂效应，MWNO的锂离子扩散率提高，这一点通过恒电流间歇滴定技术和DFT计算得到证实。
凭借同时增强的导电性和锂离子扩散性，MWNO在与LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）正极耦合的全电池中成功展示了其快速充电能力和实用性。该全电池在10 C条件下提供 119.7 mAh g-1的初始循环比容量，并在1000次循环中表现出80.4%的合理容量保持率。总之，这项工作说明了离子热合成在储能材料中的潜力，并提供了对改善材料电化学性能的掺杂效应的机理理解。
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图2. LNMO-MWNO全电池的电化学性能研究
Insight into the Fast-Rechargeability of a Novel Mo1.5W1.5Nb14O44 Anode Material for High-Performance Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200519

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