ZUSAMMENFASSUNG Lithium- und manganreiche lagenartige Oxide (LMR) zeichnen sich als Kathodenchemien der nächsten Generation für Lithium-Ionen-Batterien aus, die sowohl Übergangsmetall- als auch Gitter-Oxid-Redox-Prozesse nutzen, um außergewöhnliche Kapazität und Energiedichte zu liefern. Ihr volles Potenzial wird jedoch durch intrinsische Sauerstoffinstabilität und strukturelle Verschlechterung eingeschränkt, was zu ausgeprägtem Spannungsverlust und Kapazitätsabbau führt. Hier präsentieren wir ein Paradigma der komplexen, konzentrierten Anion-Dotierung, bei dem mehrere Anionen (F, Br und S) in das Sauerstoffuntergitter integriert werden, um die Sauerstoff-Redox- und strukturelle Stabilität zu verbessern. Röntgenabsorptionsspektroskopie und aberrationskorrigierte Rasterübertragungs-Elektronenmikroskopie bestätigen ultra-stabile lokale Sauerstoff-Koordinationsumgebungen während langfristiger Zyklen, wobei schädliche Phasen-Transformationen und durch Sauerstoffverlust induzierte Kavitation dramatisch gehemmt werden. Bemerkenswerterweise zeigen wir, dass die charakteristische LiTM6-Ordnung der Übergangsmetall-Honigwaben selbst nach elektrochemischem Zyklus erhalten bleibt. Gleichzeitig ergibt diese Strategie eine beispiellose Volumenänderung von nur 0,63% beim Laden auf 4,8 V vs. Li+/Li und erreicht die erste null-belastete LMR-Kathode. Die resultierende LMR-Kathode liefert einen ultraniedrigen Spannungsverlust (1 mV pro Zyklus während der ersten 100 Zyklen und wird in den folgenden Zyklen vernachlässigbar) und eine außergewöhnliche Energieretention (93% nach 200 Zyklen) in einer Pouch-Zelle. Unser Konzept zur komplexen, konzentrierten Anion-Dotierung schafft eine allgemein anwendbare Strategie zur Lösung von chemo-mechanischen Versagensmechanismen in keramischen Interkalationselektroden für die nächste Generation der Energiespeicherung.
Wang et al. (Thu,) haben diese Frage untersucht.