Breaking the Vicious Spiral to Suppress Oxygen Loss in Li‐Rich Oxide Cathode Materials

材料科学 氧化还原 尖晶石 氧气 阴极 密度泛函理论 氧化物 惰性 冶金 计算化学 物理化学 有机化学 化学
作者
Zhenjie Zhang,Yixin Li,Xi Shen,Lu Yang,Chu Zhang,Yuan Liu,Bowen Wang,Chang‐Yang Kuo,Shu‐Chih Haw,Chien‐Te Chen,Chih‐Wen Pao,H. Y. Huang,D. J. Huang,Jiangwei Ju,Jun Ma,Zhiwei Hu,Yurui Gao,Xuefeng Wang,Richeng Yu,Zhaoxiang Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202505724
摘要

The irreversible oxygen loss (O-loss) hinders the application of oxygen redox (O-redox) cathode material in high-energy-density Li/Na-ion batteries. Although O-loss is commonly associated with O2 release, the underlying mechanism remains unclear, which is not a simple surface problem. Herein, the O-loss/redox behaviors of the layered Li2MnO3 and spinel Li4Mn5O12 are comparatively investigated through experiments and density functional theory (DFT) calculations. It shows that the vicious spiral between O─O dimerization and Mn migration drive the void growth, chain-like structural collapse, and O2 release in Li2MnO3. In contrast, the stable spinel framework and inert O in O-LiMn3 coordination of Li4Mn5O12 break this spiral and trap O2 within the bulk, ensuring a reversible O-redox. By atomically compositing Li4Mn5O12 with LiNi0.5Mn1.5O4, a novel Co-free Li-rich spinel oxide (LRSO) with high energy density (>1000 Wh kg-1) is produced. These findings clarify the correlation between structural rearrangement and O-redox and contribute to the design of advanced O-redox cathode materials.
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