First Principles Investigation of Stable LiMn2O4 Surfaces for Lithium-Ion Batteries

尖晶石 阴极 价(化学) 材料科学 溶解 锂(药物) 离子 过渡金属 化学物理 化学 物理化学 催化作用 有机化学 冶金 内分泌学 医学 生物化学
作者
Soo Kim,Muratahan Aykol,Chris Wolverton
出处
期刊:Meeting abstracts 卷期号:MA2015-01 (2): 629-629
标识
DOI:10.1149/ma2015-01/2/629
摘要

The spinel LiMn 2 O 4 (LMO) has been widely studied as a lithium-ion battery cathode to replace the currently-used LiCoO 2 materials due to its low cost and fast Li + diffusivity. [1] However, a severe capacity fading during LMO cycling occurs because of the Mn dissolution, possibly initiating from the cathode surface. Thus, it is essential to completely understand the stable LMO surface structure to overcome current limitations and further to suppress the Mn dissolution in LMO. In this work, we investigate the effects of surface termination, slab reconstruction, relaxation schemes, magnetic ordering, and different U value for Mn to determine the relative stabilities of the LMO surfaces. We find that it is necessary to relax all atomic positions with symmetry-broken DFT calculations to fully capture the local variation of Mn-O and Li-O polyhedral clusters to obtain the most consistent surface energies. We finally comment on the possible implication of our work on the future surface studies of the mixed-valence transition metal complex oxides such as the LMO system. Acknowledgement: This work has been supported by Northwestern-Argonne Institute of Science and Engineering (NAISE) and by The Dow Chemical Company. Reference: [1] R. J. Gummow, A. Kock, M.M. Thackeray, Solid State Ionics 1994 , 69 , 59. Figure 1

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