Exploring the mechanism of surface cationic vacancy induced high activity of metastable lattice oxygen in Li‐ and Mn‐rich cathode materials

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作者
Tian Zhao,Jilu Zhang,Kai Wang,Yao Xiao,Qin Wang,Longfei Li,Jo‐Chi Tseng,M. H. Chen,Jianjie Ma,Ying‐Rui Lu,Hirofumi Ishii,Yu‐Cheng Shao,Xiaoxian Zhao,Sung‐Fu Hung,Yaqiong Su,Xiaoke Mu,Weibo Hua
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202419664
摘要

Abstract Li‐ and Mn‐rich layered oxides exhibit high specific capacity due to the cationic and anionic reaction process during high‐voltage cycling (≥4.6 V). However, they face challenges such as low initial coulombic efficiency (~70 %) and poor cycling stability. Here, we propose a combination of H 3 BO 3 treatment and low temperature calcination to construct a shell with cationic vacancy on the surface of Li 1.2 Ni 0.2 Mn 0.6 O 2 (LLNMO). The H 3 BO 3 treatment produces cationic vacancy and lattice distortion, forming an oxidized O n − (0< n <2) on the surface, accompanied by electrons redistribution. Low temperature calcination eliminates lattice distortion, activates metastable O n − and promotes coherent lattice formation. In addition, the cationic vacancy shell reduces the diffusion energy barrier of Li + , allowing more Li + and oxygen to participate in deeper reactions and increasing the oxidation depth of oxygen. The modified material (LLNMO‐H10‐200) exhibits an initial coulombic efficiency of up to 88 % and a capacity of 256 mAh g −1 . Moreover, similar enhancements were observed with Co‐containing lithium‐rich materials, with a 280 mAh g −1 discharge capacity and 89 % coulombic efficiency. These findings reveal the correlation between cationic vacancy, metastable oxygen activation and bulk phase activity, offering a novel approach to enhancing the initial coulombic efficiency and cycle stability of Li‐rich materials.
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