Boosting energy efficiency of Li-rich layered oxide cathodes by tuning oxygen redox kinetics and reversibility

氧化还原 材料科学 阴极 氧气 析氧 化学工程 电化学 电极 动力学 氧化物 化学物理 纳米技术 化学 物理化学 物理 有机化学 冶金 工程类 量子力学
作者
Chong Yin,Liyang Wan,Bao Qiu,Feng Wang,Wei Jiang,Hongfu Cui,Jianming Bai,Steven N. Ehrlich,Zhining Wei,Zhaoping Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:35: 388-399 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.11.034
摘要

In developing electrode materials for next-generation Li-ion batteries, significant efforts have been given to the energy, power density and cycling stability, with much less (if any) attention paid to the energy efficiency – arguably, the most important practical measure for large-scale applications. This is particularly true for the oxygen-redox active electrodes, such as Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2, the notorious energy-inefficient cathode that has an extremely high capacity but comes with large voltage hysteresis and voltage decay. Herein, we report the rational design of an energy-efficient Li-rich layered cathode along with high energy, power density and cycling stability enabled by tuning oxygen redox activity. Specifically, the target material Li1.12Ni0.22Co0.13Mn0.52O2 exhibits an ultrahigh energy efficiency at 1 C (90.6%), high capacity (> 200 mAh g−1) with 98.9% retention and less than 150 mV decay at the extended 200 cycles. Through direct comparison between the material and Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2, we show that the compositional change, although slightly, greatly improves the oxygen redox kinetics and reversibility, thereby boosts energy efficiency. The findings offer a strategy to narrow the gap between scientific interest and practical application of oxygen-redox chemistry.
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