Boosting Li-Ion Diffusion Kinetics of Na2Ti6–xMoxO13 via Coherent Dimensional Engineering and Lattice Tailoring: An Alternative High-Rate Anode

材料科学 离子 扩散 动力学 原子物理学 热力学 化学 物理化学 量子力学 物理
作者
Fu Liu,Yiming Zou,Helin Wang,Zhiqiao Wang,Min Zhang,Weiwei Wu,Dou Du,Wenyu Zhao,Ting Zhao,Yujie Liu,Ning Yao,Yue Ma
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 9117-9129 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c01200
摘要

Featured with an exposed active facet, favorable ion diffusion pathway, and tailorable interfacial properties, low-dimensional structures are extensively explored as alternative electroactive materials with game-changing redox properties. Through a stepwise "proton exchange-insertion-exfoliation" procedure, in this article, we develop Na2Ti6-xMoxO13 (NTMO) nanosheets with weakened out-of-plane bonding and in-plane Mo6+ doping of the tunnel structure. Real-time phase tracking of the laminated NTMO structures upon the lithiation/delithiation process suggests mitigated lattice variation; meanwhile, the kinetics simulation shows a mitigated Li-ion diffusion barrier along the [010] orientation. At an industrial-level areal capacity loading (2.5 mAh cm-2), the NTMO electrode maintains robust cycling endurance (91% capacity retention for 2000 cycles) even at 40 C, as well as the high energy/power densities in the as-constructed NTMO||LiFePO4 full cell prototype. The dimensional and lattice modifications presented in this study thus encourage further exploration of the tailored cation diffusion pathway for the construction of fast-charging batteries.

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