Инженерия дефектов двойниковых границ улучшает диффузию ионов лития в шпинельных катодных материалах для быстрой зарядки

Инженерия дефектов электродных материалов считается эффективным подходом к повышению электрохимических характеристик аккумуляторных батарей, поскольку наличие разнообразных дефектов различных размерностей может способствовать диффузии ионов и обеспечивать дополнительные места хранения. Однако управление дефектами и углублённое понимание их роли в электродных материалах остаются сложными задачами. В настоящей работе мы целенаправленно вводим значительное количество двойниковых границ в шпинельные катоды посредством регулирования условий синтеза. С помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения в режиме сканирования и нейтронной дифракции уточнены детальные структуры дефектов двойниковых границ; их образование объясняется скоплением атомов лития, занимающих позиции Mn вблизи двойниковых границ. В сочетании с электрохимическими экспериментами и расчётами из первых принципов мы демонстрируем, что наличие двойниковых границ в шпинельном катоде обеспечивает быструю диффузию ионов лития, что приводит к превосходным характеристикам при быстрой зарядке: сохранение ёмкости составляет 75% и 58% при 5 C и 10 C соответственно. Эти результаты демонстрируют простой и эффективный подход к созданию катодов для быстрой зарядки с использованием инженерии дефектов.