Kinetic Control of Long‐Range Cationic Ordering in the Synthesis of Layered Ni‐Rich Oxides

材料科学 阳离子聚合 动能 亚稳态 电化学 动力学 充电顺序 锂(药物) 阴极 相(物质) 相变 离子 热力学 结晶学 物理化学 电极 化学 高分子化学 有机化学 内分泌学 电荷(物理) 医学 量子力学 物理
作者
Suning Wang,Weibo Hua,Alexander Missyul,Mariyam Susana Dewi Darma,Akhil Tayal,Sylvio Indris,Helmut Ehrenberg,Laijun Liu,Michael Knapp
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (19) 被引量:75
标识
DOI:10.1002/adfm.202009949
摘要

Abstract Deciphering the sophisticated interplay between thermodynamics and kinetics of high‐temperature lithiation reaction is fundamentally significant for designing and preparing cathode materials. Here, the formation pathway of Ni‐rich layered ordered LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 (O‐LNCM622O) is carefully characterized using in situ synchrotron radiation diffraction. A fast nonequilibrium phase transition from the reactants to a metastable disordered Li 1− x (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 ) 1+ x O 2 (D‐LNCM622O, 0 < x < 0.95) takes place while lithium/oxygen is incorporated during heating before the generation of the equilibrium phase (O‐LNCM622O). The time evolution of the lattice parameters for layered nonstoichiometric D‐LNCM622O is well‐fitted to a model of first‐order disorder‐to‐order transition. The long‐range cation disordering parameter, Li/TM (TM = Ni, Co, Mn) ion exchange, decreases exponentially and finally reaches a steady‐state as a function of heating time at selected temperatures. The dominant kinetic pathways revealed here will be instrumental in achieving high‐performance cathode materials. Importantly, the O‐LNCM622O tends to form the D‐LNCM622O with Li/O loss above 850 °C. In situ XRD results exhibit that the long‐range cationic (dis)ordering in the Ni‐rich cathodes could affect the structural evolution during cycling and thus their electrochemical properties. These insights may open a new avenue for the kinetic control of the synthesis of advanced electrode materials.
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