Surface chemical heterogeneous distribution in over-lithiated Li1+xCoO2 electrodes

材料科学 同步加速器 电极 相(物质) 离子键合 拉曼光谱 化学物理 导电体 电导率 化学工程 纳米技术 离子 化学 复合材料 物理化学 光学 工程类 物理 有机化学
作者
Gang Sun,Fu‐Da Yu,Mi Lu,Qingjun Zhu,Yunshan Jiang,Yongzhi Mao,John A. McLeod,Jason Maley,Jian Wang,Jigang Zhou,Zhen‐Bo Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s41467-022-34161-4
摘要

In commercial Li-ion batteries, the internal short circuits or over-lithiation often cause structural transformation in electrodes and may lead to safety risks. Herein, we investigate the over-discharged mechanism of LiCoO2/graphite pouch cells, especially spatially resolving the morphological, surface phase, and local electronic structure of LiCoO2 electrode. With synchrotron-based X-ray techniques and Raman mapping, together with spectroscopy simulations, we demonstrate that over-lithiation reaction is a surface effect, accompanied by Co reduction and surface structure transformation to Li2CoO2/Co3O4/CoO/Li2O-like phases. This surface chemical distribution variation is relevant to the depth and exposed crystalline planes of LiCoO2 particles, and the distribution of binder/conductive additives. Theoretical calculations confirm that Li2CoO2-phase has lower electronic/ionic conductivity than LiCoO2-phase, further revealing the critical effect of distribution of conductive additives on the surface chemical heterogeneity evolution. Our findings on such surface phenomena are non-trivial and highlight the capability of synchrotron-based X-ray techniques for studying the spatial chemical phase heterogeneity.
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