Electrochemomechanical failure in layered oxide cathodes caused by rotational stacking faults

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作者
Donggun Eum,Sung O Park,Ho‐Young Jang,Young-Jun Jeon,Jun‐Hyuk Song,Sangwook Han,Kyoungoh Kim,Kisuk Kang
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:23 (8): 1093-1099 被引量:100
标识
DOI:10.1038/s41563-024-01899-9
摘要

Electrochemomechanical degradation is one of the most common causes of capacity deterioration in high-energy-density cathodes, particularly intercalation-based layered oxides. Here we reveal the presence of rotational stacking faults (RSFs) in layered lithium transition-metal oxides, arising from specific stacking sequences at different angles, and demonstrate their critical role in determining structural/electrochemical stability. Our combined experiments and calculations show that RSFs facilitate oxygen dimerization and transition-metal migration in layered oxides, fostering microcrack nucleation/propagation concurrently with cumulative electrochemomechanical degradation on cycling. We further show that thermal defect annihilation as a potential solution can suppress RSFs, reducing microcracks and enhancing cyclability in lithium-rich layered cathodes. The common but previously overlooked occurrence of RSFs suggests a new synthesis guideline of high-energy-density layered oxide cathodes. Degradation is one of the most common causes of capacity deterioration in high-energy-density cathodes. Rotational stacking faults in layered lithium transition-metal oxides are shown to play a critical role in determining their structural and electrochemical stabilities.
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