Li2O Removal from Li5FeO4: A Cathode Precursor for Lithium-Ion Batteries

电化学 锂(药物) 无机化学 材料科学 阴极 八面体 氧化物 离子 化学 磷酸钒锂电池 电极 物理化学 医学 内分泌学 有机化学 冶金
作者
Christopher S. Johnson,Kang Sun,John T. Vaughey,Swati V. Pol,Mahalingam Balasubramanian,Michael M. Thackeray
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:22 (3): 1263-1270 被引量:85
标识
DOI:10.1021/cm902713m
摘要

Lithium has been extracted both electrochemically and chemically from the defect antifluorite-type structure, Li5FeO4 (5Li2O·Fe2O3). The electrochemical data show that four lithium ions can be removed from Li5FeO4 between 3.5 and 4.5 V. vs Li0. X-ray absorption spectroscopy (XAS) data of electrochemically delithiated samples show evidence of some Fe3+ to Fe4+ oxidation during the initial charge. On the other hand, XAS data of chemically delithiated samples show no evidence of Fe3+ to Fe4+ oxidation, but rather a change in coordination of the Fe3+ ions from tetrahedral to octahedral coordination, suggesting that lithium extraction from Li5FeO4 is accompanied predominantly by the release of oxygen, the net loss being lithia (Li2O); the residual lithium-iron-oxide product has a Fe2O3-rich composition. The high lithium content in Li5FeO4 renders it an attractive cathode precursor for loading the graphite (C6) anode of lithium-ion electrochemical cells with sufficient lithium to enable the discharge of a charged component in the parent cathode, Li1.2V3O8, as well as the residual Fe2O3-rich component. The electrochemical behavior of C6/Li5FeO4−Li1.2V3O8 lithium-ion cells is compared to C6/Li2MnO3−Li1.2V3O8 cells containing a layered Li2MnO3 (Li2O·MnO2) cathode precursor with a lower Li2O content, from which lithia can be extracted at higher potentials, typically >4 V vs metallic lithium. The ability to remove Li2O electrochemically from metal oxide host structures with a high lithium content, such as Li5FeO4, has implications for Li-air cells.
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