Crystallographic‐Site‐Specific Structural Engineering Enables Extraordinary Electrochemical Performance of High‐Voltage LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathodes for Lithium‐Ion Batteries

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作者
Gemeng Liang,Vanessa K. Peterson,Zhibin Wu,Shilin Zhang,Junnan Hao,Cheng‐Zhang Lu,Cheng‐Hao Chuang,Jyh‐Fu Lee,Jue Liu,Grzegorz Leniec,S.M. Kaczmarek,Anita M. D’Angelo,Bernt Johannessen,Lars Thomsen,Wei Kong Pang,Zhanhu Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (44) 被引量:91
标识
DOI:10.1002/adma.202101413
摘要

Abstract The development of reliable and safe high‐energy‐density lithium‐ion batteries is hindered by the structural instability of cathode materials during cycling, arising as a result of detrimental phase transformations occurring at high operating voltages alongside the loss of active materials induced by transition metal dissolution. Originating from the fundamental structure/function relation of battery materials, the authors purposefully perform crystallographic‐site‐specific structural engineering on electrode material structure, using the high‐voltage LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (LNMO) cathode as a representative, which directly addresses the root source of structural instability of the Fd m structure. By employing Sb as a dopant to modify the specific issue‐involved 16 c and 16 d sites simultaneously, the authors successfully transform the detrimental two‐phase reaction occurring at high‐voltage into a preferential solid‐solution reaction and significantly suppress the loss of Mn from the LNMO structure. The modified LNMO material delivers an impressive 99% of its theoretical specific capacity at 1 C, and maintains 87.6% and 72.4% of initial capacity after 1500 and 3000 cycles, respectively. The issue‐tracing site‐specific structural tailoring demonstrated for this material will facilitate the rapid development of high‐energy‐density materials for lithium‐ion batteries.
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