Accumulated Lattice Strain as an Intrinsic Trigger for the First-Cycle Voltage Decay in Li-Rich 3d Layered Oxides

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作者
Suning Wang,Tian Zhao,Jinniu Chen,Alexander Missyul,Laura Simonelli,Laijun Liu,Fujun Li,Xiangyang Kong,Weibo Hua
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (16): 20200-20207 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02907
摘要

Li- and Mn-rich layered oxides (LMLOs) are promising cathode materials for Li-ion batteries (LIBs) owing to their high discharge capacity of above 250 mA h g-1. A high voltage plateau related to the oxidation of lattice oxygen appears upon the first charge, but it cannot be recovered during discharge, resulting in the so-called voltage decay. Disappearance of the honeycomb superstructure of the layered structure at a slow C-rate (e.g., 0.1 C) has been proposed to cause the first-cycle voltage decay. By comparing the structural evolution of Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2 (LLNMO) at various current densities, the operando synchrotron-based X-ray diffraction results show that the lattice strain in bulk LLNMO is continuously increased over cycling, resulting in the first-cycle voltage loss upon Li-ion insertion. Unlike the LLNMO, the accumulated average lattice strain of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) and LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622) from the open-circuit voltage to 4.8 V could be released on discharge. These findings help to gain a deep understanding of the voltage decay in LMLOs.
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