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A partially disordered crystallographic shear block structure as fast-charging negative electrode material for lithium-ion batteries

  • A well-ordered crystalline structure is crucial in battery electrodes, as the dimensionality and connectivity of the interstitial sites inherently influence Li+ ions diffusion kinetics. Niobium tungsten oxides block structures, composed of ReO3-type blocks of specific sizes with well-defined metal sites, are promising fast-charging negative electrode materials. Structural disorder is generally detrimental to conductivity or ion transport. However, here, we report an anomalous partially disordered Nb12WO33 structure that significantly enhances Li-ion storage performance compared to the known monoclinic Nb12WO33 phase. The partially disordered phase consists of corner-shared NbO6 octahedra blocks of varied sizes, including 5×4, 4×4, and 4×3, with a disordered arrangement of distorted WO4 tetrahedra at the corners of the blocks. This structural arrangement is robust during lithiation/delithiation, exhibiting minor local structure changes during cycling. It enables accelerated Li-ionA well-ordered crystalline structure is crucial in battery electrodes, as the dimensionality and connectivity of the interstitial sites inherently influence Li+ ions diffusion kinetics. Niobium tungsten oxides block structures, composed of ReO3-type blocks of specific sizes with well-defined metal sites, are promising fast-charging negative electrode materials. Structural disorder is generally detrimental to conductivity or ion transport. However, here, we report an anomalous partially disordered Nb12WO33 structure that significantly enhances Li-ion storage performance compared to the known monoclinic Nb12WO33 phase. The partially disordered phase consists of corner-shared NbO6 octahedra blocks of varied sizes, including 5×4, 4×4, and 4×3, with a disordered arrangement of distorted WO4 tetrahedra at the corners of the blocks. This structural arrangement is robust during lithiation/delithiation, exhibiting minor local structure changes during cycling. It enables accelerated Li-ion migration, resulting in promising fast-charging performance, namely, 62.5 % and 44.7 % capacity retention at 20 C and 80 C, respectively. This study highlights the benefits of introducing disorder into niobium tungsten oxide shear structures, through the establishment of clear structure-performance correlations, offering guidelines for designing materials with targeted properties.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Yanchen LiuORCiD, Ana de Oliveira Guilherme BuzanichORCiD, Luciano A. Montoro, Hao Liu, Ye Liu, Franziska EmmerlingORCiD, Patrícia A. RussoORCiD, Nicola PinnaORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nature Communications
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.0 Abteilungsleitung und andere
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Springer Science and Business Media LLC
Jahrgang/Band:16
Ausgabe/Heft:1
Aufsatznummer:6507
Erste Seite:1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Lithium ion batteries; Oxides; XANES; XRD
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1038/s41467-025-61646-9
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-637994
ISSN:2041-1723
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:28.07.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:28.07.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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