Origin of voltage decay in high-capacity layered oxide electrodes

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作者
Sathiya Mariyappan,Artem M. Abakumov,Dominique Foix,Gwenaëlle Rousse,K. Ramesha,Matthieu Saubanère,Marie‐Liesse Doublet,Hervé Vezin,C. P. Laisa,A. S. Prakash,D. Gonbeau,G. VanTendeloo,J.-M. Tarascon
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:14 (2): 230-238 被引量:833
标识
DOI:10.1038/nmat4137
摘要

Although Li-rich layered oxides (Li1+xNiyCozMn1-x-y-zO2 > 250 mAh g(-1)) are attractive electrode materials providing energy densities more than 15% higher than today's commercial Li-ion cells, they suffer from voltage decay on cycling. To elucidate the origin of this phenomenon, we employ chemical substitution in structurally related Li2RuO3 compounds. Li-rich layered Li2Ru1-yTiyO3 phases with capacities of ~240 mAh g(-1) exhibit the characteristic voltage decay on cycling. A combination of transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy studies reveals that the migration of cations between metal layers and Li layers is an intrinsic feature of the charge-discharge process that increases the trapping of metal ions in interstitial tetrahedral sites. A correlation between these trapped ions and the voltage decay is established by expanding the study to both Li2Ru1-ySnyO3 and Li2RuO3; the slowest decay occurs for the cations with the largest ionic radii. This effect is robust, and the finding provides insights into new chemistry to be explored for developing high-capacity layered electrodes that evade voltage decay.
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