Capturing dynamic ligand-to-metal charge transfer with a long-lived cationic intermediate for anionic redox

氧化还原 阳离子聚合 电化学 化学物理 金属 化学 配体(生物化学) 电极 材料科学 光化学 无机化学 物理化学 高分子化学 受体 冶金 生物化学
作者
Biao Li,Khagesh Kumar,Indrani Roy,Anatolii V. Morozov,O.V. Emelyanova,Leiting Zhang,Tuncay Koç,Stéphanie Belin,Jordi Cabana,Rémi Dedryvère,Artem M. Abakumov,Jean‐Marie Tarascon
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:21 (10): 1165-1174 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01278-2
摘要

Reversible anionic redox reactions represent a transformational change for creating advanced high-energy-density positive-electrode materials for lithium-ion batteries. The activation mechanism of these reactions is frequently linked to ligand-to-metal charge transfer (LMCT) processes, which have not been fully validated experimentally due to the lack of suitable model materials. Here we show that the activation of anionic redox in cation-disordered rock-salt Li1.17Ti0.58Ni0.25O2 involves a long-lived intermediate Ni3+/4+ species, which can fully evolve to Ni2+ during relaxation. Combining electrochemical analysis and spectroscopic techniques, we quantitatively identified that the reduction of this Ni3+/4+ species goes through a dynamic LMCT process (Ni3+/4+-O2- → Ni2+-On-). Our findings provide experimental validation of previous theoretical hypotheses and help to rationalize several peculiarities associated with anionic redox, such as cationic-anionic redox inversion and voltage hysteresis. This work also provides additional guidance for designing high-capacity electrodes by screening appropriate cationic species for mediating LMCT.
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