MétaCan
Menu
← Retour à la cohorte
Enregistrement W3184897499 · doi:10.1149/ma2021-01289mtgabs

Kinetic Rejuvenation of Li-Rich Layered and Disordered-Rocksalt Li-Ion Battery Cathodes upon Oxygen Redox

2021· article· en· W3184897499 sur OpenAlexaff
Jinhyuk Lee, Ju Li

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvancements in Battery Materials
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRedoxCathodeBattery (electricity)Gravimetric analysisFormula unitOxygenTransition metalIonChemistryMaterials scienceCrystal structureCrystallographyInorganic chemistryPhysical chemistryThermodynamicsCatalysisPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Li-rich cathode materials (x>1 in LixTM2-xO2, TM=transition metal) with a layered structure or a disordered-rocksalt structure have received tremendous attention as advanced battery cathodes [1,2,3]. These materials can deliver substantially higher gravimetric capacity (>250 mAh/g) and energy density (>800 Wh/kg) compared to traditional materials (e.g., LiCoO2; ~170 mAh/g, 660 Wh/kg). Moreover, they improve the Li-ion batteries' sustainability by removing or greatly reducing scarce and environmentally unfriendly elements in their structure. In these materials, the theoretical TM-redox capacity is typically limited to ~140 mAh/g because of the limited amount of redox-active TMs in their crystal structure [1,2,3]. As a result, to achieve a very high capacity (> 250 mAh/g), O-redox must additionally take place in the materials, which occurs in local Li-rich environments (e.g., OLi4TM2, OLi5TM1) around oxygen where there are non-bonding O 2p orbitals [4]. In Li-rich materials containing multiple TMs, the local electroneutrality demands the TM-sites in the OLi4TM2 or OLi5TM1-unit to be occupied by high-valent TM-cations (e.g., Ti4+, Mn4+) instead of low-valent ones (e.g., Ni2+), which often results in medium-range-order (MRO) of cations in the Li-rich layered cathodes or short-range-order (SRO) in the Li-rich disordered-rocksalt cathodes [1,5]. For instance, this tendency leads to the rise of the Li2MnO3-like MRO in the layered Li- and Mn-rich cathodes, and because the non-bonding O 2p orbitals are primarily in the Li2MnO3-like domains, O-redox also takes place within the domains [1,4]. Unfortunately, the radical oxygen ion generated upon oxygen oxidation is highly mobile, and as the oxygen is covalently bonded with TMs, this increased O-mobility often accompanies TM-migration, triggering reversible or irreversible structural changes in the Li-rich materials [1]. This structural changes result in oxygen loss or unwanted phase transformation, which leads to voltage- and capacity-decay. Therefore, minimizing the structural rearrangement while using combined TM- and O-redox has been widely considered a holy grail to developing Li-rich cathodes with high capacity and stability. For instance, Bruce et al. showed that by changing the superstructure from the honeycomb to ribbon structure, one could suppress the Mn-migration upon O-redox in the layered Na-(Li, Mn)-O cathode to reduce voltage hysteresis [6]. Moreover, Li-rich disordered-rocksalt cathodes also experience structural damages upon O-oxidation; hence, its mitigation by various methods (e.g., fluorination) has been at the center of its research [3,7]. In this presentation, we demonstrate that, in contrast to the prevailing opinion, the O-redox-assisted structural change can be highly beneficial to Li-rich cathodes' performance by substantially reducing the internal Li-transport resistance [8]. We synthesized highly-Li-rich Co-free layered cathodes, which possess the Li2MnO3-type medium-range-order (MRO). These materials' initial capacities are low; yet, they undergo a 'rejuvenation' (activation) upon extended cycling with substantially reduced hysteresis and increased capacity, which correlates with the MRO disruption and associated volume expansion initiated by O-redox-facilitating TM-migration. Moreover, we show that virtually the same process occurs for a disordered-rocksalt-type Li-rich cathode (Li1.2Ni1/3Ti1/3Mo2/15O2), suggesting the universality of this process. Furthermore, we use this knowledge to inform a molten-salt treatment to pre-disturb MRO, expand crystal volume before cycling, and endow a surface gradient composition for our Li-rich Co-free layered cathodes, such that the treated materials can achieve high capacity (>230 mAh/g) from the very first cycle with excellent rate capability (154 mAh/g at 2 A/g) and outstanding capacity/voltage-retention (~4 % capacity-loss; ~140 mV voltage-loss after 200 cycles at 100 mA/g; >210 mAh/g). From these results, we explain the mechanism and universality of the rejuvenation process in various charge-ordered oxides and propose guidelines for designing advanced Li-rich cathode materials with combined transition metal- and oxygen-redox activities. References M. Thackeray et al., J. Mater. Chem. 17, 3112–3125 (2007). N. Yabuuchi et al., PNAS 112, 7650–7655 (2014). J. Lee et al., Nature 556, 185–190 (2018). Seo et al., Nature Chem. 8, 692–697 (2016). H. Ji et al., Nat. Commun. 10, 592 (2019). R. House et al., Nature 577, 502–508 (2020). Z. Lun et al., Adv. Energy. Mater. 1802959 (2019). J. Lee et al., ACS Appl. Energy Mater. 3, 7931–7943 (2020).

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,239
Écart entre enseignants0,226 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueECS Meeting Abstracts→Même sujetAdvancements in Battery Materials→Travaux en français237 207→