Lattice‐Prestressed Niobium Tungsten Oxide Enables Near‐Zero Volume Change and Ultrafast Lithium Storage

材料科学 晶格常数 离子 格子(音乐) 离子键合 复合材料 氧化铌 氧化物 八面体 锂(药物) 矩形 晶体结构 离子电导率 极限抗拉强度 位错 压力(语言学) 扩散 晶体缺陷 衍射 下降(电信) 化学工程 体积热力学 失真(音乐) 纳米技术 化学物理 薄脆饼
作者
Changyuan Guo,Qing He,Fang Liu,Jiashen Meng,Jinsong Wu,Kang Han,Xuanpeng Wang,Liqiang Mai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (1): e12001-e12001 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adma.202512001
摘要

Abstract Niobium tungsten oxide offers rapid ionic transport and high safety in fast‐charging lithium‐ion batteries, but suffers from challenges of large structure stresses and low capacity retention at rates exceeding 20C. Here, a novel lattice‐prestressed Nb 14 W 3 O 44 (LP‐NWO) is reported that overcomes its intrinsic structural limitations, enabling near‐zero volume change and ultrafast lithium storage. The lattice‐prestressed structure involves the alternating distribution of 4 × 4×∞ and 4 × 3×∞ rectangle units, along with octahedra distortion, which leads to the formation of specific and ordered lattice prestresses. The rectangle units induce tensile stresses, while the octahedra distortion results in compressive stresses. This prestressed structure not only preserves continuous diffusion channels but also enhances both ion and electron conductivity. Importantly, the presence of prestress greatly relieves the strain generated during lithium insertion and extraction. This can be observed through a reversible curve‐to‐straight evolution of lattice fringes, resulting in near‐zero volume change during cycling. The LP‐NWO delivers a 78% capacity retention at 100C after 20 000 cycles and more than 2 000 cycles of full cells at 50C, as well as no safety risk under severe stress conditions. This prestressed strategy offers implications for the development of zero‐strain electrodes, aiming to overcome fast‐charge limitations through internal means.
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