Direct imaging of oxygen shifts associated with the oxygen redox of Li-rich layered oxides

氧化还原 氧气 摄影术 相(物质) 电子 分析化学(期刊) 材料科学 化学 化学物理 无机化学 衍射 光学 物理 有机化学 色谱法 量子力学
作者
Weixin Song,Miguel A. Pérez‐Osorio,John‐Joseph Marie,Emanuela Liberti,Xiaonan Luo,Colum M. O’Leary,Robert A. House,Peter G. Bruce,Peter D. Nellist
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:6 (5): 1049-1065 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.joule.2022.04.008
摘要

Li-rich metal oxides, such as Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2, can deliver high specific capacities because of the redox of lattice O2− in addition to the cations. Observing oxygen distortions is key to understand the redox process. Electron ptychography is a phase-reconstruction method in 4D scanning transmission electron microscopy, providing atomic-resolution phase images with high signal-to-noise ratio and dose efficiency. Herein, we use electron ptychography to image the oxygen shift in Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2 during the first cycle. The picometer-scale precision measurement shows distinct oxygen shifts in the bulk and surface after charging and compares with various theoretical anionic redox models. The shift after discharging is not seen to recover in the bulk accounting for voltage hysteresis; however, it recovers close to the surface, although with a phase change. We suggest that Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2 proceeds distinct oxygen redox in the bulk and surface. The altered oxygen sublattice after first cycle potentially explains the changed voltage profiles of following cycles.
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