The Role of Electron Localization in Covalency and Electrochemical Properties of Lithium‐Ion Battery Cathode Materials

氧烷 材料科学 电子定域函数 离域电子 价(化学) 电子结构 共价键 阴极 化学物理 光谱学 离子 电子 物理化学 化学 计算化学 物理 有机化学 量子力学
作者
Xuelong Wang,Xiulin Fan,Xiqian Yu,Seong‐Min Bak,Zulipiya Shadike,Iradwikanari Waluyo,Adrian Hunt,Sanjaya D. Senanayake,Hong Li,Liquan Chen,Chunsheng Wang,Ruijuan Xiao,Enyuan Hu,Xiao‐Qing Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (2) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/adfm.202001633
摘要

Abstract Following the fundamental research conducted by J. B. Goodenough, the important role of electron localization induced by elemental substitution is studied. The size and electron negativity of host and substituting ions are two important factors in tuning material properties such as local structure and transition metal (TM) oxygen covalency. However, another factor, electron localization, which is widely studied in catalyst research but largely overlooked for battery materials, deserves systematic studies. A combined investigation using synchrotronbased X‐ray spectroscopy and theoretical calculations is carried out on the Li‐Co‐Mn‐O model system in which the substituting cation Mn 4+ , with its 3d 3 electronic structure, is used as a promoter for electron localization. Results indicate that electron localization greatly influences the CoO bond by making it less covalent, which increases the delithiation voltage. It is also found that during charge/discharge, electron localization tends to make TM K‐edge X‐ray absorption near edge spectroscopy (XANES) spectra show a more “rigid shift” behavior while electron delocalization makes the XANES exhibit a “shape change.” It clearly explains why the K‐edge XANES data of some TM oxides show no “rigid shift” while the nominal valence states changed. This work highlights the importance of electron localization with guidance for XANES interpretation.

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