Ion‐Exchange: A Promising Strategy to Design Li‐Rich and Li‐Excess Layered Cathode Materials for Li‐Ion Batteries

氧化还原 材料科学 阴极 过渡金属 氧气 离子 碱金属 化学工程 化学物理 无机化学 物理化学 化学 催化作用 有机化学 工程类 冶金
作者
Xin Cao,Yu Qiao,Min Jia,Ping He,Haoshen Zhou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (4) 被引量:91
标识
DOI:10.1002/aenm.202003972
摘要

Abstract Li‐rich and Li‐excess oxides have been regarded as a promising category of cathode materials for next‐generation Li‐ion batteries due to their high energy density on basis of anionic/cationic redox chemistry. However, the application of Li‐excess oxides suffers from significant problems, such as irreversible lattice oxygen loss and structural distortion. A Li/Na‐ion exchange strategy can be regarded as an effective way to address these obstacles by tuning oxygen stacking arrangements and the coordination environment of alkali metal within emerging structures. Herein, the state‐of‐the‐art progress made within conventional and Li‐excess layered cathodes generated by ion exchange strategy at first is reviewed. Moreover, the mechanisms of oxygen redox, the migrations of Li/transition metals, and structural evolutions within Li‐excess oxides have been further clarified by advanced characterizations, which play an important role in understanding lattice oxygen release, irreversible transition metal migration, phase transition, and the root of capacity/voltage decay. In addition, the theory calculations based on density of states, oxygen release energy, and migration energy barriers of Li/transition metals are systematically summarized, providing an essential guidance to harvest stable oxygen‐related redox reactions within Li‐excess materials. Altogether, this review offers fundamental understanding and future perspectives toward the rational design of high‐energy‐density Li‐excess oxides with reversible anionic/cationic redox chemistry.
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