Optimizing Li‐Excess Cation‐Disordered Rocksalt Cathode Design Through Partial Li Deficiency

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作者
Liliang Huang,Peichen Zhong,Yang Ha,Zijian Cai,Young‐Woon Byeon,Tzu‐Yang Huang,Yingzhi Sun,Fengyu Xie,Han‐Ming Hau,Haegyeom Kim,Mahalingam Balasubramanian,Bryan D. McCloskey,Wanli Yang,Gerbrand Ceder
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (4) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/aenm.202202345
摘要

Abstract Li‐excess disordered rocksalts (DRXs) are emerging as promising cathode materials for Li‐ion batteries due to their ability to use earth‐abundant transition metals. In this work, a new strategy based on partial Li deficiency engineering is introduced to optimize the overall electrochemical performance of DRX cathodes. Specifically, by using Mn‐based DRX as a proof‐of‐concept, it is demonstrated that the introduction of cation vacancies during synthesis (e.g., Li 1.3‐ x Mn 2+ 0.4‐ x Mn 3+ x Nb 0.3 O 1.6 F 0.4 , x = 0, 0.2, and 0.4) improves both the discharge capacity and rate performance due to the more favored short‐range order in the presence of Mn 3+ . Density functional theory calculations and Monte Carlo simulations, in combination with spectroscopic tools, reveal that introducing 10% vacancies (Li 1.1 Mn 2+ 0.2 Mn 3+ 0.2 Nb 0.3 O 1.6 F 0.4 ) enables both Mn 2+ /Mn 3+ redox and excellent Li percolation. However, a more aggressive vacancy doping (e.g., 20% vacancies in Li 0.9 Mn 3+ 0.4 Nb 0.3 O 1.6 F 0.4 ) impairs performance because it induces phase separation between an Mn‐rich and a Li‐rich phase.
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