Dynamic imaging of crystalline defects in lithium-manganese oxide electrodes during electrochemical activation to high voltage

材料科学 电化学 电极 锂(药物) 氧化物 氧气 透射电子显微镜 叠加断层 纳米技术 化学工程 化学物理 化学 位错 物理化学 复合材料 有机化学 冶金 内分泌学 工程类 医学
作者
Qianqian Li,Zhenpeng Yao,Eungje Lee,Yaobin Xu,Michael M. Thackeray,Chris Wolverton,Vinayak P. Dravid,Jinsong Wu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:80
标识
DOI:10.1038/s41467-019-09408-2
摘要

Abstract Crystalline defects are commonly generated in lithium-metal-oxide electrodes during cycling of lithium-ion batteries. Their role in electrochemical reactions is not yet fully understood because, until recently, there has not been an effective operando technique to image dynamic processes at the atomic level. In this study, two types of defects were monitored dynamically during delithiation and concomitant oxidation of oxygen ions by using in situ high-resolution transmission electron microscopy supported by density functional theory calculations. One stacking fault with a fault vector b /6[110] and low mobility contributes minimally to oxygen release from the structure. In contrast, dissociated dislocations with Burgers vector of c /2[001] have high gliding and transverse mobility; they lead to the formation, transport and release subsequently of oxygen related species at the surface of the electrode particles. This work advances the scientific understanding of how oxygen participates and the structural response during the activation process at high potentials.

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