Off-Stoichiometric Design of a Manganese-Rich Mixed Olivine Li-Ion Cathode for Improved Specific Energy

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作者
Angel Burgos,Junteng Du,Danna Yan,Yazhou Zhou,Hannah Levy,Jeong Gi Ryu,Jae Chul Kim
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:45: 101658-101658 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2024.101658
摘要

Lithium phospho-olivine cathodes operating with iron (Fe) and manganese (Mn) redox centers are considered technologically important materials that can make the development of Li-ion batteries sustainable. Although large Mn content is desirable to achieve high specific energy at a material level, the mixed olivine cathodes require particle nanostructuring and post-synthesis treatment to demonstrate reasonable energy storage properties at an electrode level. In this work, we have investigated the effect of off-stoichiometry on the electrochemical properties of a Mn-rich mixed olivine cathode material that does not require complex optimization processing. An off-stoichiometric form of LiFe0.25Mn0.75PO4 is synthesized with nominal composition of LiFe0.225Mn0.675P0.95O3.8. X-ray diffraction and electron microscopy indicate that off-stoichiometry leads to phase separation into stoichiometric LiFe0.25Mn0.75PO4 crystalline particles with non-crystalline surface phases. The off-stoichiometric cathode has an improved specific energy of 622 Wh/kg at C/5, outperforming the stoichiometric cathode. The off-stoichiometric cathode also exhibits improved rate capability, delivering 120 mAh/g at 20C and 78 mAh/g at 40C discharge, respectively, due to reduced interfacial and charge transfer resistances. This work highlights off-stoichiometry as an effective approach to engineer Mn-rich mixed olivine cathode materials with desirable electrochemical properties, providing a practically feasible route for materials optimization.

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