Selective Doping to Controllably Tailor Maximum Unit‐Cell‐Volume Change of Intercalating Li <sup>+</sup> ‐Storage Materials: A Case Study of <i>γ</i> Phase Li <sub>3</sub> VO <sub>4</sub>

材料科学 体积热力学 兴奋剂 化学工程 插层(化学) 锂(药物) 纳米技术 掺杂剂
作者
Jianbin Deng,Changpeng Lv,Tian Jiang,Siyuan Ma,Xuehua Liu,Chunfu Lin
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: 2106003-2106003
标识
DOI:10.1002/advs.202106003
摘要

Capacity decay of an intercalating Li+-storage material is mainly due to the its particle microcracks from stress-causing volume change. To extend its cycle life, its unit-cell-volume change has to be minimized as much as possible. Here, based on a γ-Li3VO4 model material, the authors explore selective doping as a general strategy to controllably tailor its maximum unit-cell-volume change, then clarify the relationship between its crystal-structure openness and maximum unit-cell-volume change, and finally demonstrate the superiority of “zero-strain” materials within 25–60 °C (especially at 60 °C). With increasing the large-sized Ge4+ dopant, the unit-cell volume of γ-Li3+xGexV1−xO4 becomes larger and its crystal structure becomes looser, resulting in the decrease of its maximum unit-cell-volume change. In contrast, the doping with small-sized Si4+ shows a reverse trend. The tailoring reveals that γ-Li3.09Ge0.09V0.91O4 owns the smallest maximum unit-cell-volume change of 0.016% in the research field of intercalating Li+-storage materials. Consequently, γ-Li3.09Ge0.09V0.91O4 nanowires exhibit excellent cycling stability at 25/60 °C with 94.8%/111.5% capacity-retention percentages after 1800/1500 cycles at 2 A g−1. This material further shows large reversible capacities, proper working potentials, and high rate capability at both temperatures, fully demonstrating its great application potential in long-life lithium-ion batteries.
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