Nucleation-promoting and growth-limiting synthesis of disordered rock-salt Li-ion cathode materials

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作者
Hoda Ahmed,Moohyun Woo,Nicolas Dumaresq,Pablo Trevino Lara,Richie Fong,Sang‐Jun Lee,Gregory Lazaris,Nauman Mubarak,Nicolas Brodusch,Dong‐Hwa Seo,Raynald Gauvin,George P. Demopoulos,Jinhyuk Lee
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 5806-5806 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s41467-025-60946-4
摘要

Abstract Disordered rock-salt oxides and oxyfluorides are promising positive electrode materials for high-performance lithium-ion batteries free of nickel and cobalt. However, conventional synthesis methods rely on post-synthesis pulverization to achieve cycling-appropriate particle sizes, offering limited control over particle microstructure and crystallinity. This accelerates degradation and complicates secondary particle processing. Here we present a synthesis strategy that enhances nucleation while suppressing particle growth and agglomeration across various disordered rock-salt compositions, including lithium–manganese–titanium oxide, lithium–manganese–niobium oxide, and lithium–nickel–titanium oxide systems. Applied to Li 1.2 Mn 0.4 Ti 0.4 O 2 , this method yields highly crystalline, well-dispersed sub-200 nm particles that form homogeneous electrode films with stable cycling behavior. Tested in cells with lithium metal as the counter electrode, these electrodes deliver ~200 mAh/g with 85% capacity retention relative to the first cycle after 100 cycles (20 mA/g, 1.5–4.8 V), and an average discharge voltage loss of 4.8 mV per cycle, compared to 38.6% retention and 7.5 mV loss per cycle for electrodes derived from pulverized solid-state particles. This approach suggests a route to enhance the performance and durability of disordered rock-salt electrodes for sustainable lithium-ion batteries.
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