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General Synthesis of Single‐Crystal Spinel Cathodes with the Tailored Orientation of Exposed Crystal Planes for Advanced Lithium‐Ion Batteries

尖晶石 材料科学 Crystal(编程语言) 八面体 结晶学 单晶 相(物质) 离子 阴极 锂(药物) 歧化 雅恩-泰勒效应 晶体结构 纳米技术 化学 物理化学 冶金 内分泌学 催化作用 有机化学 程序设计语言 医学 生物化学 计算机科学
作者
Peiyu Hou,Zezhou Lin,Feng Li,Xijin Xu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (48) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/smll.202304482
摘要

The spinel Mn-based cathodes with 3D Li+ diffusion channels, high voltage, and low-cost show promise for developing high-power lithium-ion batteries (LIBs). But the disproportionation and Jahn-Teller distortion lead to structural degeneration and capacity decay, especially at high working temperatures. Herein, considering the merits of single crystals and orientation of exposed crystal planes, single-crystal truncated octahedral LiMn2 O4 (TO-LMO) with exposed {111}, {100} and {110} facets is rationally designed, in which the mainly exposed {111} facets are truncated by a small portion of {100} and {110} facets. The Li-deficient intermediate phase is innovatively proposed to prepare the single-crystal TO-LMO. The synergistic effects of single crystals and the orientation of exposed crystal planes significantly reduce the disproportionation of Mn3+ ions and thereby improve their structural stability. Consequently, the cycling stability of the single-crystal TO-LMO is remarkably enhanced, obtaining outstanding capacity retention of 84.3% after 2000 cycles, much better than that of 61.2% for octahedral LiMn2 O4 . The feasibility of preparing single-crystal truncated octahedral LiNi0.5 Mn1.5 O4 with exposed {111}, {100}, and {110} facets via the Li-deficient intermediate phase is further demonstrated. These findings offer new insight into regulating the orientation of exposed crystal planes and improving the reversibility of Mn-based redox couples in LIBs.
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