Inhibit the strain accumulation for 5V spinel cathode by mitigating the phase separation during high voltage stage

材料科学 尖晶石 阴极 中子衍射 化学工程 晶体结构 冶金 结晶学 化学 物理化学 工程类
作者
Saiyue Liu,Xiang Liu,Dongsheng Ren,Tianyi Li,Yi Liang,Wei Liu,Juping Xu,Tiening Tan,Jiahao Zhang,Yukun Hou,Yi Guo,Gaolong Zhu,Shuo Yin,Guohe Yuan,Yi Weng,Guohua Ma,Zuling Peng,Xiang Zheng,Wen Yin,Languang Lu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:121: 109215-109215 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109215
摘要

LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) spinel cathode is a potential cathode material for high-power, low-cost lithium-ion batteries (LIBs) due to its low raw material cost, high operating voltage and efficient lithium-ion transport channel. However, LNMO suffers from structural stability due to the two-phase-transformation during charge/discharge process, leading to poor cycling performance. To address the issues, we have constructed a homogeneous aggregated LNMO cathode with a multifaceted primary particle, namely the LNMO with single-crystal secondary particles (SSP LNMO). Ex situ and in situ characterizations including the synchrotron X-ray diffraction, the neutron diffraction and full pouch cell validated that the SSP LNMO exhibit a single solid-solution reactions with a restrained lattice evolution during the delithiation/ lithiation process. This is in contrast to the normal LNMO cathode, which demonstrates a significant two-phase transition from spinel Li1-xNi0.5Mn1.5O4 to rock-salt MnO2 at high voltage. Therefore, the SSP LNMO has greatly improved cycle life compared to the normal LNMO cathode. Overall, this study demonstrates the possibility of constructing LNMO based on primary-grain morphology modulation to improve the intrinsic stability of LIBs.
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