Insight into the Fast‐Rechargeability of a Novel Mo1.5W1.5Nb14O44 Anode Material for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

材料科学 锂(药物) 掺杂剂 介电谱 阳极 电化学 兴奋剂 电导率 分析化学(期刊) 化学工程 光电子学 物理化学 电极 医学 化学 色谱法 内分泌学 工程类
作者
Runming Tao,Tianyu Zhang,Susheng Tan,Charl J. Jafta,Cheng Li,Jiyuan Liang,Xiao‐Guang Sun,Tao Wang,Juntian Fan,Ziyang Lu,Craig A. Bridges,Xian Suo,Chi‐Linh Do‐Thanh,Sheng Dai
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (36) 被引量:74
标识
DOI:10.1002/aenm.202200519
摘要

Abstract Wadsley–Roth phased niobates are promising anode materials for lithium‐ion batteries, while their inherently low electrical conductivity still limits their rate‐capability. Herein, a novel doped Mo 1.5 W 1.5 Nb 14 O 44 (MWNO) material is facilely prepared via an ionothermal‐synthesis‐assisted doping strategy. The detailed crystal structure of MWNO is characterized by neutron powder diffraction and aberration corrected scanning transmission electron microscope, unveiling the full occupation of Mo 6+ ‐dopant at the t 1 tetrahedral site. In half‐cells, MWNO exhibits enhanced fast‐rechargeability. The origin of the improved performance is investigated by ultraviolet–visible diffuse reflectance spectroscopy, density functional theory (DFT) computation, and electrochemical impedance spectroscopy, revealing that bandgap narrowing improves the electrical conductivity of MWNO. Furthermore, operando X‐ray diffraction elucidates that MWNO exhibits a typical solid‐solution phase conversion‐based lithium‐ion insertion/extraction mechanism with reversible structural evolution during the electrochemical reaction. The boosted lithium‐ion diffusivity of MWNO, due to the Mo 6+ /W 6+ doping effect, is confirmed by a galvanostatic intermittent titration technique and DFT. With the simultaneously enhanced electrical conductivity and lithium‐ion diffusivity, MWNO successfully demonstrates its fast‐rechargeability and practicality in the LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ‐coupled full‐cells. Therefore, this work illustrates the potential of ionothermal synthesis in energy storage materials and provides a mechanistic understanding of the doping effect on improving material's electrochemical performance.
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