Understanding structural stability of monoclinic LiMnO2 and NaMnO2 upon de-intercalation

插层(化学) 单斜晶系 结构稳定性 理论(学习稳定性) 结晶学 材料科学 化学 晶体结构 无机化学 计算机科学 结构工程 机器学习 工程类
作者
Meng Tian,Yurui Gao,Zhaoxiang Wang,Liquan Chen
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:18 (26): 17345-17350 被引量:17
标识
DOI:10.1039/c6cp02019d
摘要

Although many strategies for Li-ion batteries have been successfully transplanted in Na-ion batteries, distinctions between these two kinds of secondary batteries are still clear. For example, monoclinic-NaMnO2 demonstrates high structural stability during charging and discharging, but its iso-structured LiMnO2 transforms to a spinel upon de-lithiation and the specific capacity fades quickly with cycling. In this work, first-principles calculations were carried out to have a better understanding of their difference in structural stability upon de-intercalation. Our studies show that the Mn-ions migrate into the Li layer of LiMnO2via an interstitial tetrahedral O atom when a triple-vacancy of the Li-ion is produced. This process follows a double-vacancy mechanism and results in blocking of the diffusion of other Li-ions. In contrast, it is very difficult for the Mn-ions to migrate into the Na layer in NaMnO2 even when triple-vacancies are generated. The drastic differences between LiMnO2 and NaMnO2 in charge distribution and in the length of the Mn-O bond are believed to be responsible for the Mn-ion migration in them. These findings provide revelations for understanding the de-intercalation behaviors of electrode materials for Li- and Na-ion batteries as well as insights into the structural stability of LiMnO2vs. NaMnO2 upon alkali metal ion de-intercalation.
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