Beyond Inducing Anionic Redox: Controllable Migration Sequence of Li Ions in Transition Metal Layers Toward Highly Stable Li‐Rich Cathodes

材料科学 氧化还原 阴极 过渡金属 密度泛函理论 电化学 离子 金属 稳健性(进化) 厚板 纳米技术 化学工程 化学物理 电极 计算化学 催化作用 冶金 物理化学 有机化学 物理 工程类 化学 生物化学 地球物理学 基因
作者
Tianwei Cui,Longxiang Liu,Jiayuan Zhang,Xiang Li,Yongzhu Fu,Haoshen Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (8): e2412562-e2412562 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adma.202412562
摘要

The energy density of layered oxides of Li-ion batteries can be enhanced by inducing oxygen redox through replacing transition metal (TM) ions with Li ions in the TM layer. Undesirably, the cathodes always suffer from unfavorable structural degradation, which is closely associated with irreversible TM migration and slab gliding, resulting in continuous capacity and voltage decay. Herein, attention is paid to the Li ions in the TM layer (LiTM) and find their extra effects beyond inducing oxygen redox, which has been rarely mentioned. With the aid of 7Li solid-state NMR and density functional theory (DFT) calculations, the controllable migration of LiTM is verified. The mystery is uncovered that the preferential migration of LiTM plays an imperative role in preventing the structural transformation by postponing the slab gliding of the layered structure. Integrated with the inhibited TM migration, the structural robustness and reversibility of Li2RuO3 can be drastically improved after Zr-substitution, providing a solid foundation for achieving ultra-stable electrochemical performance even after thousands of cycles (2500 cycles). The discovery highlights the significance of LiTM with respect to the structural robustness and provides a potential route toward high-energy-density Li-ion batteries.
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