KIT | KIT-Bibliothek | Impressum | Datenschutz

Structural insights into the formation and voltage degradation of lithium- and manganese-rich layered oxides

Hua, Weibo 1; Wang, Suning; Knapp, Michael ORCID iD icon 1; Leake, Steven J.; Senyshyn, Anatoliy; Richter, Carsten; Yavuz, Murat 1; Binder, Joachim R. 1; Grey, Clare P.; Ehrenberg, Helmut 1; Indris, Sylvio ORCID iD icon 1; Schwarz, Björn ORCID iD icon 1
1 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract (englisch):

One major challenge in the field of lithium-ion batteries is to understand the degradation mechanism of high-energy lithium- and manganese-rich layered cathode materials. Although they can deliver 30 % excess capacity compared with today’s commercially- used cathodes, the so-called voltage decay has been restricting their practical application. In order to unravel the nature of this phenomenon, we have investigated systematically the structural and compositional dependence of manganese-rich lithium insertion compounds on the lithium content provided during synthesis. Structural, electronic and electrochemical characterizations of LixNi0.2Mn0.6Oy with a wide range of lithium contents (0.00 ≤ x ≤ 1.52, 1.07 ≤ y < 2.4) and an analysis of the complexity in the synthesis pathways of monoclinic-layered Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2 oxide provide insight into the underlying processes that cause voltage fading in these cathode materials, i.e. transformation of the lithium-rich layered phase to a lithium-poor spinel phase via an intermediate lithium-containing rock-salt phase with release of lithium/oxygen.

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000100296
Veröffentlicht am 26.11.2019
DOI: 10.1038/s41467-019-13240-z
Zitationen: 186
Web of Science
Zitationen: 177
Zitationen: 190
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 12.2019
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2041-1723
KITopen-ID: 1000100296
HGF-Programm 37.01.02 (POF III, LK 01) Components and Cells
Erschienen in Nature Communications
Verlag Nature Research
Band 10
Heft 1
Seiten Article No.5365
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 26.11.2019
Nachgewiesen in Web of Science
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
KITopen Landing Page