3D Quantification of Elemental Gradients within Heterostructured Particles of Battery Cathodes

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作者
Eva Michelle Allen,Youngho Shin,W. James Judge,Mark Wolfman,Vincent De Andrade,Stephanie M. Cologna,Jordi Cabana
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (3): 1371-1378 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c02619
摘要

Heterogenous architectures with elemental gradients tailored within particles have been pursued to combat the instabilities limiting Ni-rich cathode materials for lithium-ion batteries. The growth of different compositional layers is accomplished during the synthesis of hydroxide precursors. However, the extent to which these concentration gradients are modified during high-temperature reactions is difficult to establish in their intact, spherical form. Here, we show the entire three-dimensional structure of a secondary particle can be resolved nondestructively with differential X-ray absorption spectroscopy (XAS) through transmission X-ray microscopy (TXM). The relationship between particle location and elemental content was fully quantified, with high statistical significance, for heterostructures possessing different compositional gradients in the precursors with 90:5:5 Ni:Mn:Co core compositions. Reduced elemental heterogeneity was observed after high-temperature synthesis, but gradients remained. The methodology presented should be used to guide synthesis while assuring that gains in electrochemical performance are linked to precise elemental distributions at the nanoscale.

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