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  5. Tailoring superstructure units for improved oxygen redox activity in Li-rich layered oxide battery’s positive electrodes
 
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2024

Tailoring superstructure units for improved oxygen redox activity in Li-rich layered oxide battery’s positive electrodes

TUDa URI
tuda/13160
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-292345
DOI
10.26083/tuprints-00029234
Autor:innen
Liu, Hao
Hua, Weibo ORCID 0000-0001-5372-4422
Kunz, Sylvia
Bianchini, Matteo ORCID 0000-0003-4034-7706
Li, Hang
Peng, Jiali
Lin, Jing
Dolotko, Oleksandr
Bergfeldt, Thomas ORCID 0000-0003-4595-7968
Wang, Kai ORCID 0000-0001-8238-8608
Kübel, Christian ORCID 0000-0001-5701-4006
Nagel, Peter
Schuppler, Stefan
Merz, Michael ORCID 0000-0002-7346-7176
Ying, Bixian
Kleiner, Karin ORCID 0000-0003-0203-440X
Mangold, Stefan
Wong, Deniz ORCID 0000-0001-7126-0019
Baran, Volodymyr
Knapp, Michael ORCID 0000-0003-0091-8463
Ehrenberg, Helmut ORCID 0000-0002-5134-7130
Indris, Sylvio ORCID 0000-0002-5100-113X
Kurzbeschreibung (Abstract)

The high-voltage oxygen redox activity of Li-rich layered oxides enables additional capacity beyond conventional transition metal (TM) redox contributions and drives the development of positive electrode active materials in secondary Li-based batteries. However, Li-rich layered oxides often face voltage decay during battery operation. In particular, although Li-rich positive electrode active materials with a high nickel content demonstrate improved voltage stability, they suffer from poor discharge capacity. Here, via physicochemical and electrochemical measurements, we investigate the correlation between oxygen redox activity and superstructure units in Li-rich layered oxides, specifically the fractions of LiMn₆ and Ni⁴⁺-stabilized LiNiMn₅ within the TM layer. We prove that an excess of LiNiMn₅ hinders the extraction/insertion of lithium ions during Li metal coin cell charging/discharging, resulting in incomplete oxygen redox activity at a cell potential of about 3.3 V. We also demonstrate that lithium content adjustment could be a beneficial approach to tailor the superstructure units. Indeed, we report an improved oxygen redox reversibility for an optimized Li-rich layered oxide with fewer LiNiMn5 units.

Freie Schlagworte

Batteries

Sprache
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > In-Situ Elektronenmikroskopie
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Mechanik Funktionaler Materialien
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Nature Communications
Jahrgang der Zeitschrift
15
ISSN
2041-1723
Verlag
Springer Nature
Ort der Erstveröffentlichung
London
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1038/s41467-024-54312-z
PPN
532075862
Artikel-ID
9981

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