Understanding and Controlling Structural Defects and Disordering in LiNi0.5Mn1.5O4 Cathodes for Direct Recycling

材料科学 阴极 纳米技术 工程物理 结晶学 化学 物理化学 物理
作者
Hongpeng Gao,Bing Han,Duc Tran,Luqi Zhang,Zishuo Zhao,Yu‐Ting Chen,Wei Tang,Mingjie Xu,Junlin Wu,Xiaolu Yu,Varun Gupta,Maura Appleberry,Haodong Liu,Yijie Yin,Weiliang Yao,M. Li,Weikang Li,Linqin Mu,Ying Shirley Meng,Zheng Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (44): 30737-30748 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c10164
摘要

Despite significant progress in recycling spent lithium-ion batteries (LIBs), nondestructive, direct recycling methods still face untenable discrepancies in multiple cathode chemistries, which primarily originate from a variety of structure stabilities during the recycling process. Through systematic investigation of the microstructure evolution during the relithiation treatment, we observed the inevitably induced defects and Li/Mn disordering in the LiNi0.5Mn1.5O4 cathode, contributing to the sluggish Li+ transport and irreversible capacity loss. Employing a defect engineering approach to achieve twin boundaries and preferred grain orientation, we show the regenerated cathodes demonstrate a substantial enhancement of Li+ diffusion and cycling stability, retaining 97.4% capacity after 100 cycles and 87.96% after 200 cycles at C/3. This work not only elaborates on a systematic investigation of defect inducement and structural restoration mechanism but also provides an effective approach to directly recycle high-voltage spinel-type cathodes, contributing to the sustainability of next-generation LIBs.
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