Tailoring superstructure units for improved oxygen redox activity in Li-rich layered oxide battery’s positive electrodes

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作者
Hao Liu,Weibo Hua,Sylvia Lorraine Kunz,Matteo Bianchini,Hang Li,Jiali Peng,Jing Lin,Oleksandr Dolotko,Thomas Bergfeldt,Kai Wang,Christian Kuebel,Peter Nagel,S. Schuppler,Michael Merz,Bixian Ying,Karin Kleiner,Stefan Mangold,Deniz Wong,Volodymyr Baran,Michael Knapp
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54312-z
摘要

Abstract The high-voltage oxygen redox activity of Li-rich layered oxides enables additional capacity beyond conventional transition metal (TM) redox contributions and drives the development of positive electrode active materials in secondary Li-based batteries. However, Li-rich layered oxides often face voltage decay during battery operation. In particular, although Li-rich positive electrode active materials with a high nickel content demonstrate improved voltage stability, they suffer from poor discharge capacity. Here, via physicochemical and electrochemical measurements, we investigate the correlation between oxygen redox activity and superstructure units in Li-rich layered oxides, specifically the fractions of LiMn 6 and Ni 4+ -stabilized LiNiMn 5 within the TM layer. We prove that an excess of LiNiMn 5 hinders the extraction/insertion of lithium ions during Li metal coin cell charging/discharging, resulting in incomplete oxygen redox activity at a cell potential of about 3.3 V. We also demonstrate that lithium content adjustment could be a beneficial approach to tailor the superstructure units. Indeed, we report an improved oxygen redox reversibility for an optimized Li-rich layered oxide with fewer LiNiMn 5 units.
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