Solid‐State Reaction Heterogeneity During Calcination of Lithium‐Ion Battery Cathode

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作者
Sugeun Jo,Jeongwoo Han,Sungjae Seo,Oh‐Sung Kwon,Subin Choi,Jin Zhang,Hyejeong Hyun,Juhyun Oh,Juwon Kim,Jinkyu Chung,Hwiho Kim,Jian Wang,Junho Bae,Junyeob Moon,Yoon‐Cheol Park,Moon‐Hi Hong,Miyoung Kim,Yijin Liu,Il Sohn,Keeyoung Jung
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (10) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adma.202207076
摘要

During solid-state calcination, with increasing temperature, materials undergo complex phase transitions with heterogeneous solid-state reactions and mass transport. Precise control of the calcination chemistry is therefore crucial for synthesizing state-of-the-art Ni-rich layered oxides (LiNi1-x-y Cox Mny O2 , NRNCM) as cathode materials for lithium-ion batteries. Although the battery performance depends on the chemical heterogeneity during NRNCM calcination, it has not yet been elucidated. Herein, through synchrotron-based X-ray, mass spectrometry microscopy, and structural analyses, it is revealed that the temperature-dependent reaction kinetics, the diffusivity of solid-state lithium sources, and the ambient oxygen control the local chemical compositions of the reaction intermediates within a calcined particle. Additionally, it is found that the variations in the reducing power of the transition metals (i.e., Ni, Co, and Mn) determine the local structures at the nanoscale. The investigation of the reaction mechanism via imaging analysis provides valuable information for tuning the calcination chemistry and developing high-energy/power density lithium-ion batteries.
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