Formulating Local Environment of Oxygen Mitigates Voltage Hysteresis in Li‐Rich Materials

材料科学 磁滞 离子 电压 阴极 氧气 氧化还原 化学物理 化学工程 纳米技术 电气工程 物理化学 化学 凝聚态物理 冶金 物理 有机化学 工程类
作者
Mengke Zhang,Lang Qiu,Weibo Hua,Yang Song,Yuting Deng,Zhenguo Wu,Yan‐Fang Zhu,Benhe Zhong,Shulei Chou,Shi Xue Dou,Yao Xiao,Xiaodong Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (16) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/adma.202311814
摘要

Abstract Li‐rich cathode materials have emerged as one of the most prospective options for Li‐ion batteries owing to their remarkable energy density (>900 Wh kg −1 ). However, voltage hysteresis during charge and discharge process lowers the energy conversion efficiency, which hinders their application in practical devices. Herein, the fundamental reason for voltage hysteresis through investigating the O redox behavior under different (de)lithiation states is unveiled and it is successfully addressed by formulating the local environment of O 2− . In Li‐rich Mn‐based materials, it is confirmed that there exists reaction activity of oxygen ions at low discharge voltage (<3.6 V) in the presence of TM‐TM‐Li ordered arrangement, generating massive amount of voltage hysteresis and resulting in a decreased energy efficiency (80.95%). Moreover, in the case where Li 2b sites are numerously occupied by TM ions, the local environment of O 2− evolves, the reactivity of oxygen ions at low voltage is significantly inhibited, thus giving rise to the large energy conversion efficiency (89.07%). This study reveals the structure–activity relationship between the local environment around O 2− and voltage hysteresis, which provides guidance in designing next‐generation high‐performance cathode materials.
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