Symmetry Breaking Enabled Stable Oxygen Redox in Li‐Rich Cathodes via π‐Type Interaction

氧化还原 化学物理 密度泛函理论 化学 原子轨道 电化学 氧气 金属 配体(生物化学) 材料科学 无机化学 计算化学 物理化学 电子 电极 物理 量子力学 受体 有机化学 生物化学
作者
Fu‐Da Yu,Zhe-Jian Yi,Hainan Wang,Jia‐Zhen Zhao,Yang‐Qian Zhang,Yang Ren,Jigang Zhou,Jihuai Wu,Zhang Lan,Yiming Xie,Lan‐Fang Que,Yun‐Shan Jiang,Zhen‐Bo Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (35): e202506507-e202506507 被引量:10
标识
DOI:10.1002/anie.202506507
摘要

Abstract Effectively stabilizing oxygen redox is the most challenging task for the practical applications of high‐energy‐density Li‐rich cathode materials. However, how to accurately tune the oxygen energy level to achieve reversible redox remains puzzling so far. In this work, we achieve stable oxygen redox in layered Li‐rich materials over the whole voltage range without irreversible O 2 release by adjusting the interlayer metal cation environment adjacent to the ligand. Combining synchrotron X‐ray absorption spectroscopy and theoretical analysis of metal‐ligand orbital combinations, we confirm the obvious charge transfer from O to Ni due to the π‐type interaction between Ni 3 d spin‐down t 2g orbitals and O 2 p orbitals. Furthermore, Ab initio molecular dynamics simulations reveal the spontaneous symmetry breaking of the Ni coordination environment after Li extraction under the π‐type interaction, which enhances the intrinsic competition between anion and cation oxidation, keeping π* state (from O 2 p splitting) below the metal band to avoid over‐oxidation. As a result, the modified material shows improved electrochemical performance and stable structural/interface evolution. This work provides new insights into the relationship between the adjacent metal environment and the ligand O redox reactions.
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