Magnetic Frustration Effect on the Rate Performance of LiNi0.6Co0.4−xMnxO2 Cathodes for Lithium‐Ion Batteries

挫折感 材料科学 阴极 离子 电化学 离子键合 氧化物 锂(药物) 格子(音乐) 凝聚态物理 电极 物理化学 化学 冶金 内分泌学 有机化学 物理 医学 声学
作者
Ye Tao,Zhimin Li,Honglin Yan,Yuan Ha,Dongyan Zhang,Chaoyi Zhou,Lijuan Wang,Lu Li,Qianxin Xiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (33) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/aenm.202201556
摘要

Abstract Cobalt‐free LiNi x Mn 1− x O 2 (NM, x ≥ 0.5) layered oxides are considered to be promising cathode materials for next‐generation lithium‐ion batteries because of exceptionally high capacity and low cost, yet the fundamental role of manganese ions in the NM layered structure and rate performance has not been fully addressed to date. Herein, a series of Ni‐fixed LiNi 0.6 Co 0.4− x Mn x O 2 ( x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4) systems are employed as cathode materials to investigate the functionality of Mn ions on their structures and electrochemical properties. It is found that contrary to prior reports, the change in the c ‐axis lattice parameter is not in close connection with the rate performance of NM cathodes. In particular, superconducting quantum interference device (SQUID) measurements are performed to verify the fact that Mn 3+ and Mn 4+ ions with high spin states cause severe magnetic frustration in the structures of cathode materials, which profoundly aggravates the Li/Ni ionic disorder and blocks Li + migration, contributing to inferior rate performance. In addition, Li + migration hindered by Li/Ni disorder, is theoretically demonstrated by ab initio calculation. This work not only provides fresh insight into the role of Mn in NM layered oxide cathodes but also proposes an effective strategy to resolve their inferior rate performance.
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