Suppression of Voltage Decay through Manganese Deactivation and Nickel Redox Buffering in High‐Energy Layered Lithium‐Rich Electrodes

材料科学 氧化还原 电极 电化学 锂(药物) 无机化学 化学工程 冶金 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Kyojin Ku,Jihyun Hong,Hyungsub Kim,Hyeokjun Park,Won Mo Seong,Sung‐Kyun Jung,Gabin Yoon,Kyu‐Young Park,Haegyeom Kim,Kisuk Kang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (21) 被引量:117
标识
DOI:10.1002/aenm.201800606
摘要

Abstract Cobalt‐free layered lithium‐rich nickel manganese oxides, Li[Li x Ni y Mn 1− x − y ]O 2 (LLNMO), are promising positive electrode materials for lithium rechargeable batteries because of their high energy density and low materials cost. However, substantial voltage decay is inevitable upon electrochemical cycling, which makes this class of materials less practical. It has been proposed that undesirable voltage decay is linked to irreversible structural rearrangement involving irreversible oxygen loss and cation migration. Herein, the authors demonstrate that the voltage decay of the electrode is correlated to Mn 4+ /Mn 3+ redox activation and subsequent cation disordering, which can be remarkably suppressed via simple compositional tuning to induce the formation of Ni 3+ in the pristine material. By implementing our new strategy, the Mn 4+ /Mn 3+ reduction is subdued by an alternative redox reaction involving the use of pristine Ni 3+ as a redox buffer, which has been designed to be widened from Ni 3+ /Ni 4+ to Ni 2+ /Ni 4+ , without compensation for the capacity in principle. Negligible change in the voltage profile of modified LLNMO is observed upon extended cycling, and manganese migration into the lithium layer is significantly suppressed. Based on these findings, we propose a general strategy to suppress the voltage decay of Mn‐containing lithium‐rich oxides to achieve long‐lasting high energy density from this class of materials.
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