Magnetic measurements as a viable tool to assess the relative degrees of cation ordering and Mn3+ content in doped LiMn1.5Ni0.5O4 spinel cathodes

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作者
Zachary Moorhead‐Rosenberg,Katharine R. Chemelewski,John B. Goodenough,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:1 (36): 10745-10745 被引量:28
标识
DOI:10.1039/c3ta12021j
摘要

The magnetic properties of the doped high-voltage spinels LiMn1.5Ni0.42M0.08O4 (M = Cr, Fe, Co, Cu, Al, and Ga) as well as the Mn-rich spinels LiMn1.5+xNi0.5−xO4 (x = 0, 0.05, 0.1) synthesized by a tank-reactor coprecipitation method have been investigated. It is found that the Curie temperatures correlate well with the degree of cation ordering determined by measuring the capacity value at ∼2.7 V, which corresponds to the insertion of additional lithium into the empty 16c octahedral sites of the spinel lattice. Additionally, it is found that the saturation magnetization near 0 K provides a reliable means of calculating the Mn3+ content in each sample based on the predicted magnetic exchange interactions of the spinel structure. The magnetic results match well with the capacity values obtained in the 4 V region of the samples when assembled as cathodes in lithium-ion cells. The Mn-rich spinels offer insight into the relationship between Mn3+ content and degree of cation ordering and how they affect the magnitude of the capacity in the ∼2.7 V region. The effects of Mn3+ content and cation ordering were isolated by examining the relationship among lattice parameter, Mn3+ content, capacity contribution at ∼2.7 V, and Curie temperature. Thus, it is posited that the Curie temperature is a reliable qualitative means of measuring the degree of cation order in a variety of doped or Mn-rich spinel oxides.

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