Elucidating the Limit of Li Insertion into the Spinel Li4Ti5O12

尖晶石 材料科学 极限(数学) 结晶学 化学 数学 数学分析 冶金
作者
Haodong Liu,Zhuoying Zhu,Jason J. Huang,Xin He,Yan Chen,Rui Zhang,Ruoqian Lin,Yejing Li,Sicen Yu,Xing Xing,Qizhang Yan,Xiangguo Li,Matthew Frost,Ke An,Jun Feng,Robert Kostecki,Huolin L. Xin,Shyue Ping Ong,Ping Liu
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:1 (1): 96-102 被引量:72
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.9b00099
摘要

In this work, we show that the well-known lithium-ion anode material, Li4Ti5O12, exhibits exceptionally high initial capacity of 310 mAh g–1 when it is discharged to 0.01 V. It maintains a reversible capacity of 230 mAh g–1, far exceeding the “theoretical” capacity of 175 mAh g–1 when this anode is lithiated to the composition Li7Ti5O12. Neutron diffraction analyses identify that additional Li reversibly enters into the Li7Ti5O12 to form Li8Ti5O12. density functional theory (DFT) calculations reveal the average potentials of the Li4Ti5O12 to Li7Ti5O12 step and the Li7Ti5O12 to Li8Ti5O12 step are 1.57 and 0.19 V, respectively, which are in excellent agreement with experimental results. Transmission electron microscopy (TEM) studies confirm that the irreversible capacity of Li4Ti5O12 during its first cycle originates from the formation of a solid electrolyte interface (SEI) layer. This work clarifies the fundamental lithiation mechanism of the Li4Ti5O12, when lithiated to 0.01 V vs Li.
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