Constructing a Cr-Substituted Co-Free Li-Rich Ternary Cathode with a Spinel-Layered Biphase Interface

材料科学 三元运算 尖晶石 阴极 接口(物质) 化学工程 冶金 物理化学 复合材料 化学 毛细管数 毛细管作用 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Lei Wu,Zhi Li,Jiarui Chen,Yixu Zhang,Ruijuan Wang,Shuang Cao,Hao Ding,Min Liu,Hong Liu,Xianyou Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (27): 34880-34891 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.4c03589
摘要

Lithium-rich manganese-based layered oxides (LRMOs) have recently attracted enormous attention on account of their remarkably big capacity and high working voltage. However, some inevitable inherent drawbacks impede their wide-scale commercial application. Herein, a kind of Cr-containing Co-free LRMO with a topical spinel phase (Li1.2Mn0.54Ni0.13Cr0.13O2) has been put forward. It has been found that the high valence of Cr6+ can reduce the Li+ ion content and induce the formation of a local spinel phase by combining more Li+ ions, which is beneficial to eliminate the phase boundary between the spinel phase and the bulk phase of the LRMO material, thus dramatically avoiding phase separation during the cycling process. In addition, the introduction of Cr can also expand the layer spacing and construct a stronger Cr–O bond compared with Mn–O, which enables to combine the transition metal (TM) slab to prevent the migration of TM ions and the transformation of the bulk phase to the spinel phase. Simultaneously, the synergistic effect of the successfully constructed spinel-layered biphase interface and the strong Cr–O bond can effectively impede the escape of lattice oxygen during the initial activation process of Li2MnO3 and provide the fast diffusion path for Li+ ion transmission, thus further reinforcing the configurable stability. Besides, Cr-LRMO presents an ultrahigh first discharge specific capacity of 310 mAh g–1, an initial Coulombic efficiency of as high as 92.09%, a good cycling stability (a capacity retention of 94.70% after 100 cycles at 1C), and a small voltage decay (3.655 mV per cycle), as well as a good rate capacity (up to 165.88 mAh g–1 at 5C).
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