高电压尖晶石是锂离子电池应用中最有前途的下一代无钴正极材料之一。除了在 4.90-3.00 V 的电压窗口中通常使用的 Li_xNi_0.5Mn_1.5O₄ 0 < x < 1 的组成范围外，在扩展的电压范围至 1.50 V 中，每个分子式单元可以额外引入 1.5 mol 的 Li。理论上，这导致比能量从 690 显着增加到 1190 Wh/kg。然而，利用扩展的电位窗口会导致容量快速衰减和电压极化，这些都缺乏全面的解释。

近日，ZSW 太阳能和氢研究中心Peter Axmann对 0 < x < 2.5 内的有序化学计量尖晶石 Li_xNi_0.5Mn_1.5O₄ 进行了恒电位熵测定、原位 XRD 和中子衍射，以了解动态结构演化并将其与电压曲线相关联。

文章要点

1）在 ~2.8 V 从立方 (x < 1) 到四方 (x > 1) 相的两相反应中，研究人员确定了 x > 2 的第二个四方相的演变。脱锂过程中的结构评估表明形成了具有立方对称性的中间相，锂含量为 x = 1.5。

2）研究人员使用最大熵法评估 2 < x < 2.5 的高度锂化相 Li_xNi_0.5Mn_1.5O₄ 的中子衍射数据强烈表明锂离子位于扭曲的四方相 I4₁amd 的八面体 8a 和四面体 4a 位置。

参考文献

Nicola M. Jobst, et al, Dynamic Structure Evolution of Extensively Delithiated High Voltage Spinel Li_1+xNi_0.5Mn_1.5O₄ x < 1.5, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c09621

https://doi.org/10.1021/jacs.2c09621