Revealing Li-ion diffusion kinetic limitations in micron-sized Li-rich layered oxides

材料科学 扩散 阴极 动能 离子 压力(语言学) 同种类的 化学工程 化学物理 复合材料 分析化学(期刊) 热力学 物理化学 物理 化学 哲学 工程类 量子力学 色谱法 语言学
作者
Yibin Zhang,Chong Yin,Bao Qiu,Guoxin Chen,Shang You,Zhaoping Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:53: 763-773 被引量:79
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.10.008
摘要

Micron-sized cathode materials can usually alleviate the surface/interface side reaction to enhance cycling stability and endure high pressure to achieve a higher compacted density. However, the poor Li+ transport kinetic properties in micron-sized Li-rich layered oxides impede their practical applications. Here, we find a faster Li+ diffusion coefficient with the order of magnitudes of about 10−12 cm2 s−1 in micron-sized grains (compared with nano-sized grains about 10−14 cm2 s−1). By contrast, much lower initial capacity can be achieved in micron-sized grains. Simulated by finite element analysis, the increased diffusion distance would yet result in an extremely uneven Li+ concentration distribution during the charge-discharge process between surface and bulk. The undesired Li+ gradient distribution results in an accumulation of strain stress inside the grains during cycling, which also consequently contributes to an unsatisfied capacity retention of 78.4% as well as a rapid voltage decay of 738 mV under 0.2 C after 200 cycles in micron-sized grains. This work provides a research direction to construct a novel structure with Li+ homogeneous distribution in micron-sized Li-rich layered oxides.
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