基于铁的氟化物因其理论容量高，已成为锂离子电池的有吸引力的阴极候选物。然而，其实际应用受限于电子导电率本质较低和反应动力学迟缓。为克服这些挑战，我们设计了一系列焦氯型氢氟化铁（FeF）2（哦）·xH2通过受控的合成后热处理，释放O（x = 0.41， 0.50， 0.65）纳米球。全面的结构和电化学表征表明，优化后的FeF2（OH）·0.50H2O纳米球具备出色的锂储存特性，包括高可逆容量（296.1 mAh g）−1）、卓越的循环稳定性（每周期衰减0.2%）以及卓越的速率性能（143.6 mAh g）−1在1000毫安加仑时−1).这种优势源于通过受控脱水实现的动态协同，同时创造了开放扩散通道、中孔结构和铁2O3渗透颗粒内的次级导电通路。相互连接的中间孔和通道促进了快速的离子输运，而原位形成了铁2O3网络确保电子在大颗粒中高效供应。这种协同的离子/电子传导网络促进高度可逆的转换和插入反应，这与次优组分中观察到的不可逆转换形成鲜明对比。我们的研究表明，协调多尺度的动能效应对于开发高性能转换型阴极至关重要，这些阴极同时具备高能量密度和高功率能力。 火氯铁的受控脱水合成2（哦）·xH2O阴极构造开放扩散通道、介孔框架和Fe2O3实现高功率锂离子电池的离子-电子协同传输。
便携电子设备、电动汽车和电网级储能的快速发展，加剧了对高能量密度和长周期寿命锂离子电池（LIB）的需求[1]。而负极材料（如硅，4200 mAh g）的进步−1;锂金属，3860mAh g−1）显著提升了能量储存潜力，阴极材料的发展仍是一个关键瓶颈[2]，[3]。传统阴极，如层状氧化物（如LiCoO）2，约140毫安时克−1）和多阴离子化合物（例如，LiFePO4，约170 mAh g−1）存在有限的理论容量和/或高成本，严重限制了LIBs的能量密度[2]、[4]。 为克服这一问题，转换型金属氟化物（MFs）作为一种变革性解决方案出现，提供了超高理论容量（>600 mAh g）−1）通过与锂离子的多电子转移反应[5]、[6]。其中包括氟化铁 FeF3其超高理论容量（712 mAh g）使其脱颖而出−1通过三电子转换反应从铁3+转为Fe0），与钴基阴极相比，具有成本效益、丰富的原材料和环境温和性[5]，[7]。然而，FeF的实际应用3由于Fe–F键的强离子性和其ReO中Li-ion扩散缓慢，导致电子/离子电导性较差而受阻3-型结构，狭窄的边缘共享八面体通道阻碍离子传输[7]。为解决这些限制，公司投入大量努力提升导电性和稳定性。碳涂层[8]、纳米结构[9]和阳离子掺杂[10]等策略在一定程度上提高了电化学性能。然而，这些方法未能解决诸如离子传输动力学迟缓等固有限制。这凸显了迫切需要创新策略，从根本上提升动力性能。 在对氯化石型FeF的探索中出现了重大突破3（空间群 Fd-3m），其特征是一个三维开放框架，具有角共享 FeF6八面体。该结构本质上促进了通过相互连接的六角通道实现锂离子扩散，理论上比传统ReO实现更快的动力学3-FeF型3[11]. 芳氯化铁3自1986年通过高温固态反应首次合成以来，作为锂离子电池（LIB）阴极材料，它间歇性但不断发展地受到关注[12]。De Pape和Ferey的早期研究证明了火绿氯FeF的结构独特性3但由于有害反应物和有限的电化学勘探，这些都受到了阻碍[12]。2011年，Li等人重新引发了关注。开创了基于离子液体的合成途径，用于制备水合的芳氯相（FeF）2.5·0.5H2O和FeF3·0.5H2O，引入了结晶水以稳定框架并实现可逆的锂离子插入[13]、[14]。后续研究将该家族扩展至包括类似结构如Fe2F5·H2O，其中带有交叉隧道的开放框架改进了Na/Li扩散动力学[15]、[16]。近期的进展集中在羟基（OH++–）取代以优化结构和电化学性能。Lemoine 等人。合成的芳氯铁2.5（哦）0.5通过热分解，揭示了晶体水的去除和羟基的掺入–减少Li的插入和迁移障碍，同时增强结构在循环过程中的韧性[17]。Baumgärtner等人的最新突破。报告的FeF+2（OH）⋅0.7H2O，结合羟基和结晶水，在高速率和可循环性之间取得平衡，凸显了脱水工程的关键作用[11]。 该研究通过从纯氟化物向羟基氟化物的范式转变稳定结构，实现了长期循环性能。然而，这种长期性能也通过牺牲转化能力实现，实际上限制了可逆化学反应仅限于低容量插入反应[11]。此外，这一限制还由通道中的水分子引起，水分子在低电位放电后会引发通道水与电解质之间的严重副作用[6]。因此，该领域的主要挑战在于稳定电放电过程，同时最大化高容量转换反应的可逆性。为此，在去除有害水分子的同时构建高效的电荷输运网络，是解锁可逆转换反应的关键。理想的架构要求集成：（i）用于本征离子扩散的开放原子级通道，（ii）介孔网络以缩短离子传输路径，以及（iii）连续电子导电相以实现同时电荷补偿。这种协同离子/电子传递是解锁可逆体相锂离子插入/提取和转换反应的关键，这些反应对于平衡高容量和长周期稳定性至关重要。 在本研究中，我们提出了芳香氯羟基氟化铁（FeF）2（哦）·xH2O，作为可控脱水工程的新型阴极材料。通过控制热分解以实现羟基取代，并精确调节水分含量（x = 0.41–0.65），由开放扩散通道、间孔结构和铁组成的多尺度输运网络2O3次级导电通路在原位构建。得到的最优材料FeF2（OH）·0.50H2O，表现出表面控制动力学（贡献56.8–80.4%）和最低电荷转移电阻（76.6 Ω），证实了快速反应动力学。关键是，这在初始凝固过程中实现了独家的两步体转换反应，实现了高可逆容量296.1 mAh−1，卓越的性能（143.6 mAh g）−1在1000毫安加仑时−1），以及循环稳定性（194.5 mAh g）−1150个周期后），且不牺牲转换能力。
