Lowering Charge Transfer Barrier of LiMn2O4 via Nickel Surface Doping To Enhance Li+ Intercalation Kinetics at Subzero Temperatures

化学 插层(化学) 兴奋剂 介电谱 动力学 电化学 纳米颗粒 镍 化学物理 活化能 化学工程 纳米技术 电极 物理化学 无机化学 光电子学 材料科学 物理 工程类 量子力学 有机化学
作者
Wei Zhang,Xiaoli Sun,Yuxin Tang,Huarong Xia,Yi Zeng,Liang Qiao,Zhiqiang Zhu,Zhisheng Lv,Yanyan Zhang,Xiang Ge,Shibo Xi,Zhiguo Wang,Yonghua Du,Xiaodong Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (36): 14038-14042 被引量:194
标识
DOI:10.1021/jacs.9b05531
摘要

Sluggish interfacial kinetics leading to considerable loss of energy and power capabilities at subzero temperatures is still a big challenge to overcome for Li-ion batteries operating under extreme environmental conditions. Herein, using LiMn2O4 as the model system, we demonstrated that nickel surface doping to construct a new interface owning lower charge transfer energy barrier, could effectively facilitate the interfacial process and inhibit the capacity loss with decreased temperature. Detailed investigations on the charge transfer process via electrochemical impedance spectroscopy and density functional theory calculation, indicate that the interfacial chemistry tuning could effectively lower the activation energy of charge transfer process by nearly 20%, endowing the cells with ∼75.4% capacity at -30 °C, far surpassing the hardly discharged unmodified counterpart. This control of surface chemistry to tune interfacial dynamics proposes insights and design ideas for batteries to well survive under thermal extremes.
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