A Nearly Zero-Strain Li-Rich Rock-Salt Oxide with Multielectron Redox Reactions as a Cathode for Li-Ion Batteries

氧化还原 离子 阴极 盐(化学) 八面体 材料科学 氧化物 无机化学 化学 化学物理 冶金 物理化学 有机化学
作者
Ke Zhou,Yining Li,Yang Ha,Maojie Zhang,Walid Dachraoui,Haodong Liu,Chunyang Zhang,Xiangsi Liu,Fengchen Liu,Corsin Battaglia,Wanli Yang,Jianjun Liu,Yong Yang
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (21): 9711-9721 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c02519
摘要

Li-rich oxide cathodes are drawing increasing attention as next-generation cathode materials for the development of high-energy-density Li-ion batteries due to their strikingly high capacities. However, transition-metal migration, irreversible structural phase transformations, and the irreversible release of oxygen are responsible for rapid capacity and voltage decay. This study reports a Li-rich cation-ordered rock-salt oxide LixV0.4Ti0.4O2 (LVTO, x = 0.97/1.2) with space group Fd3̅m that delivers a high capacity of over 250 mAh g–1 and capacity retention up to 89% after 50 cycles. A comprehensive experimental analysis confirms that the capacity can be attributed to the reversible V3+/V5+ multielectron cationic redox reactions and a minor contribution from reversible anionic redox reactions. Importantly, LVTO exhibits nearly zero-strain behavior upon (dis)charge cycling cycles, which is associated with reversible V migration from octahedral to tetrahedral sites. Our results demonstrate that Li-rich rock-salt oxide LVTO could be a promising cobalt-free cathode material for Li-ion batteries.
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