Strukturelle und elektrochemische Beweise für die Transformation von geschichteten in Spinell-Phasen von Li- und Mn-reichen geschichteten Kathodenmaterialien der Formeln xLiLi1/3Mn2/3O2.(1-x)LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2(x = 0.2, 0.4, 0.6) während des Radfahrens

Geschichtete Li- und Mn-reiche Kathodenmaterialien der xLiLi1/3Mn2/3O2.(1-x)LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2 (x = 0.2, 0.4, 0.6) wurden durch ein Selbstverbrennungsverfahren synthetisiert, durch XRD, SEM, HRTEM und Raman-Spektroskopie charakterisiert und als positive Elektrodmaterialien für Li-Ionen-Batterien untersucht. Das Kathodenmaterial mit x = 0.6 zeigt eine anfängliche hohe Entlade-spezifische Kapazität von 270 mAh g−1 bei C/10 Rate in galvanostatischen Lade-Entlade-Zyklen, die nach 50 Zyklen auf 220 mAh g−1 abnimmt. Es zeigt auch eine hohe Leistungsfähigkeit im Vergleich zu anderen Kompositen. Strukturelle Studien mittels Elektronenbeugungstechnik mit TEM und spektralen Studien durch Raman-Spektroskopie zeigen kontinuierliche strukturelle Veränderungen während des Radfahrens, die die Bildung einer Spinell-Phase umfassen. Die elektrochemischen Impedanzspektren, die bei verschiedenen Potenzialen aufgezeichnet wurden, zeigen Beweise für einen erheblichen Anstieg des Ladungstransferwiderstands bei Potenzialen über 4.4 V während des Ladevorgangs und auch bei Potenzialen unter 3.8 V während des Entladevorgangs. Der chemische Diffusionskoeffizient von Li+-Ionen in diesen Materialien wurde auf etwa 10−13 cm2 s−1 berechnet und erreicht ein Minimum nahe 3.3 V aus PITT-Studien. Der minimale Wert des Diffusionskoeffizienten von Li+ bei einem Potenzial von etwa 3.3 V kann durch die Bildung einer Spinell-Phase während des Radfahrens erklärt werden.