Improved Cycling Performance of Li‐Excess Cation‐Disordered Cathode Materials upon Fluorine Substitution

材料科学 氧化还原 阴极 氧气 离子 雅恩-泰勒效应 电化学 无机化学 物理化学 电极 化学 冶金 有机化学
作者
Zhengyan Lun,Bin Ouyang,Daniil A. Kitchaev,Raphaële J. Clément,Joseph K. Papp,Mahalingam Balasubramanian,Yaosen Tian,Lei Teng,Tan Shi,Bryan D. McCloskey,Jinhyuk Lee,Gerbrand Ceder
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (2) 被引量:163
标识
DOI:10.1002/aenm.201802959
摘要

Abstract The recent discovery of Li‐excess cation‐disordered rock salt cathodes has greatly enlarged the design space of Li‐ion cathode materials. Evidence of facile lattice fluorine substitution for oxygen has further provided an important strategy to enhance the cycling performance of this class of materials. Here, a group of Mn 3+ –Nb 5+ ‐based cation‐disordered oxyfluorides, Li 1.2 Mn 3+ 0.6+0.5 x Nb 5+ 0.2−0.5 x O 2− x F x ( x = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2) is investigated and it is found that fluorination improves capacity retention in a very significant way. Combining spectroscopic methods and ab initio calculations, it is demonstrated that the increased transition‐metal redox (Mn 3+ /Mn 4+ ) capacity that can be accommodated upon fluorination reduces reliance on oxygen redox and leads to less oxygen loss, as evidenced by differential electrochemical mass spectroscopy measurements. Furthermore, it is found that fluorine substitution also decreases the Mn 3+ ‐induced Jahn–Teller distortion, leading to an orbital rearrangement that further increases the contribution of Mn‐redox capacity to the overall capacity.
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