Anion Engineering of LiVPO4F(1‐x)Ox Enables Fast‐Charge and Wide‐Temperature Lithium‐Ion Batteries

材料科学 离子 锂(药物) 电荷(物理) 物理 有机化学 化学 医学 量子力学 内分泌学
作者
Wenjun Luo,Chuanyang Li,Xinyue Zhang,C. Ji,Baojuan Xi,Xuguang An,Wutao Mao,Keyan Bao,Shenglin Xiong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202500528
摘要

Abstract The Tavorite‐structured polyanionic lithium‐ion batteries (LIBs) cathode material LiVPO 4 F (LVPF) shows great promise for high‐power applications due to its excellent safety and rapid charge–discharge capabilities. This study introduces a novel oxygen‐substituted variant LiVPO 4 F (1‐x) O x , synthesized through a one‐step hydrothermal method, producing a nanosheet structure. Advanced characterization confirms the formula of LiVPO 4 F 0.69 O 0.31 (LVPFO). Electrochemical evaluations indicate that replacing part of F with O lowers charge–discharge plateau voltage and polarization at high current densities. The material exhibits discharge capacities of 156.6–86.4 mAh g −1 at various rates (0.1–15 C). It retains 90.1% of its capacity after 1000 cycles at 15 C. LVPFO further demonstrates fast ion/electron transport and excellent structural stability across an extensive temperature range (−40–50 °C). An experimental full‐cell with carbon‐coated TiNb 2 O 7 (TNO@C) anode and LVPFO cathode achieves a capacity of 127.5 mAh g −1 and an energy density of 319 Wh kg −1 at 0.5 C, and a good capacity retention of 73.7% over 1000 cycles at 10 C. Density Functional Theory (DFT) calculations indicate that the partial substitution of F with O endows LVPFO with a lower Li + diffusion energy barrier and improves electronic conductivity. This study offers valuable insights for the advancement of high‐energy and power‐density cathode materials in LIBs.
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