夏晖/翟腾/苏东Nature子刊：通过具有稳定 Li+ 嵌入的相干界面在 MoO3 中进行晶格钉扎

电极活性材料的Li⁺嵌入/脱嵌导致大的晶格膨胀/收缩，导致电极的严重结构退化，并可能对固态锂电池的循环寿命产生负面影响。在层状正交MoO₃（α-MoO₃）的情况下，在Li⁺嵌入/脱出过程中，其沿b轴的大晶格变化导致不可逆的相变和结构退化，导致不期望的循环寿命。

在此，南京理工大学夏晖教授、翟腾和中国科学院物理研究所苏东教授等人提出了一种点阵钉扎策略来构建具有外延互生结构的α-MoO₃和η-Mo₄O₁₁之间的共形界面。由于在Li⁺嵌入/脱出过程中η-Mo₄O₁₁的晶格变化很小，因此η-Mo₄O₁₁结构域作为钉扎中心可以有效抑制α-MoO₃的晶格膨胀，沿b方向的晶格膨胀从16%左右明显降低到2%。

本文所设计的α-MoO₃/η-Mo₄O₁₁互生异质结构利用外延稳定性和钉扎效应的优点，在循环过程中具有良好的结构稳定性(在2 A g⁻¹和298±2 K下，经过3000次循环后容量保持率约81%)。最后，得益于稳定的正极-固体电解质界面，进一步展示了一种高耐用和柔性的全固态薄膜锂电池。

图1. MoO₃/Mo₄O₁₁异质结构构筑

总之，该工作展示了通过构建共形界面来稳定α-MoO₃在α-MoO₃/η-Mo₄O₁₁异质结构中的晶格钉扎策略。这种策略大大延长了循环寿命，提高了倍率，从而提高了Li⁺的存储能力。通过合理的异质结构设计，α-MoO₃的外延晶格通过强离子键在共形界面处受到η-Mo₄O₁₁的有效约束，成功抑制了α-MoO₃沿b方向的晶格膨胀，消除了α-MoO₃在锂化过程中的有害相变。

DFT计算表明，锂化引起的α-MoO₃层间膨胀削弱了Mo-O键，并允许Mo在α-MoO₃八面体中迁移，从而驱动不可逆相变形成不稳定的LixMoO₃相。与单个α-MoO₃相比，α-MoO₃/η-Mo₄O₁₁异质结构在锂化/脱锂过程中晶格变化最小，可显著延长循环寿命，且在初始循环过程中没有快速的容量损失。在全固态薄膜锂电池中，α-MoO₃/η-Mo₄O₁₁异质结构具有较高的结构稳定性和最小的晶格变化，在2 A g⁻¹下循环4000次后，其容量保持率约为74%。因此，该工作通过共形界面设计证明了层状α-MoO₃中有效的晶格钉扎效应，为可持续电池设计高稳定的嵌入主体提供了新的见解。

图2. 全固态薄膜电池的应用

Lattice pinning in MoO3 via coherent interface with stabilized Li+ intercalation, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-42335-x

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夏晖/翟腾/苏东Nature子刊：通过具有稳定 Li+ 嵌入的相干界面在 MoO3 中进行晶格钉扎

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