Rational design of high reversible capacity in Li-rich disordered rocksalt cathodes

电化学 阴极 氧化还原 材料科学 合理设计 化学工程 电极 储能 材料设计 纳米技术 化学物理 热力学 物理化学 复合材料 冶金 化学 功率(物理) 物理 工程类
作者
Yining Li,Yi Li,Haoxin Li,Yang Gan,Wujie Qiu,Jian‐Jun Liu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:119: 109064-109064 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109064
摘要

The Li-excess rocksalt materials have opened a vast new chemical space to develop low-cost and high-energy-density cathode materials for satisfying the rising market demand of rechargeable batteries. However, those materials suffer from capacity and voltage decay on cycling due to irreversible structural rearrangement. Quantitatively characterizing reversible capacity are decisive to collaboratively improve capacity and cycling stability, but very challenging to predict for experiencing complicated redox. A "state-accumulated charge-transfer gap" model is introduced to continuously accumulate electrochemical reversibility effect during the whole redox process. This is demonstrated through rational design and preparation of several representative compositions in the cation-disordered Li-Mn-Ti-O-F chemical space. Based on electrochemical tests and first-principles studies, we found that Li1.2Mn0.6Ti0.2O1.67F0.33 with almost complete Mn4+ oxidation states and a little anionic redox in the end of charge could achieve high capacity of 330 mAh g−1 in first cycle and 225 mAh g−1 after 20 cycles, which reaches the best comprehensive electrochemical performance in reported Li-rich materials. The present study opens a new avenue to design Li-rich cathode materials with high reversible capacity.
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