Surface Structure Evolution of LiMn2O4 Cathode Material upon Charge/Discharge

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作者
Daichun Tang,Yang Sun,Zhenzhong Yang,Liubin Ben,Lin Gu,Xuejie Huang
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:26 (11): 3535-3543 被引量:274
标识
DOI:10.1021/cm501125e
摘要

Surface dissolution of manganese is a long-standing issue hindering the practical application of spinel LiMn2O4 cathode material, while few studies concerning the crystal structure evolution at the surface area have been reported. Combining X-ray photoelectron spectroscopy, electron energy loss spectroscopy, scanning transmission electron microscopy, and density functional theory calculations, we investigate the chemical and structural evolutions on the surface of a LiMn2O4 electrode upon cycling. We found that an unexpected Mn3O4 phase was present on the surface of LiMn2O4 via the application of an advanced electron microscopy. Since the Mn3O4 phase contains 1/3 soluble Mn2+ ions, formation of this phase contributes significantly to the Mn2+ dissolution in a LiMn2O4 electrode upon cycling. It is further found that the Mn3O4 appears upon charge and disappears upon discharge, coincident with the valence change of Mn. Our results shed light on the importance of stabilizing the surface structure of cathode material, especially at the charged state. The understanding of the manganese dissolution reaction that occurs in the LiMn2O4 can certainly be extended to other oxide cathodes.
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