Heavy Fluorination via Ion Exchange Achieves High‐Performance Li–Mn–O–F Layered Cathode for Li‐Ion Batteries

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作者
Junliang Lu,Bo Cao,Bingwen Hu,Yuxin Liao,Rui Qi,Jiajie Liu,Changjian Zuo,Shenyang Xu,Zhibo Li,Cong Chen,Ming‐Jian Zhang,Feng Pan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (6) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/smll.202103499
摘要

Lithium-excess manganese layered oxide Li2 MnO3 , attracts much attention as a cathode in Li-ion batteries, due to the low cost and the ultrahigh theoretical capacity (≈460 mA h g-1 ). However, it delivers a low reversible practical capacity (<200 mA h g-1 ) due to the irreversible oxygen redox at high potentials (>4.5 V). Herein, heavy fluorination (9.5%) is successfully implemented in the layered anionic framework of a Li-Mn-O-F (LMOF) cathode through a unique ion-exchange route. F substitution with O stabilizes the layered anionic framework, completely inhibits the O2 evolution during the first cycle, and greatly enhances the reversibility of oxygen redox, delivering an ultrahigh reversible capacity of 389 mA h g-1 , which is 85% of the theoretical capacity of Li2 MnO3 . Moreover, it also induces a thin spinel shell coherently forming on the particle surface, which greatly improves the surface structure stability, making LMOF exhibit a superior cycling stability (a capacity retention of 91.8% after 120 cycles at 50 mA g-1 ) and excellent rate capability. These findings stress the importance of stabilizing the anionic framework in developing high-performance low-cost cathodes for next-generation Li-ion batteries.
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