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

阴极 空位缺陷 电化学 密度泛函理论 材料科学 兴奋剂 离子 渗透(认知心理学) 相(物质) 氧化还原 化学 结晶学 电极 物理化学 计算化学 冶金 光电子学 生物 神经科学 有机化学
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:19
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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