journal article·2012-01-10

Thermodynamic and Electrochemical Properties of the Li–Co–O and Li–Ni–O Systems

Keke Chang, Bengt Hallstedt, Denis Music

Chemistry of Materials· Volume 24· Issue 1
Publisher page

Abstract

The Li–Co–O and Li–Ni–O systems, used as cathodes in lithium ion batteries, have been investigated by means of ab initio calculations and empirical methods. An approach based on ab initio calculations to obtain accurate enthalpies of formation for transition metal oxides is proposed. With the obtained enthalpies of formation and the empirical entropy data, the Gibbs energy functions of the binary and ternary oxides in the Li–Co–O and Li–Ni–O systems are determined. To prove the accuracy of this thermodynamic model, we calculate the cell voltages of lithium ion batteries. Compared to the previously calculated results, which underestimate the cell voltages of lithium ion batteries, our calculations are in good agreement with the experimental data. The present theoretical approaches are reliable to evaluate the thermodynamic and electrochemical properties of lithium-containing transition metal oxides.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Thermal and Kinetic Analysis · Advanced Battery Materials and Technologies

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Materials Chemistry, RWTH Aachen University, D-52056 Aachen, Germany

References (76)

Show source-provided references
1. Wolverton C. · Acta Mater. · 2002 · 50 · 218710.1016/S1359-6454(01)00430-X ↗
2. Zhong Y. · Acta Mater. · 2004 · 52 · 273910.1016/j.actamat.2004.02.022 ↗
3. Zhang L. · Acta Mater. · 2009 · 57 · 532410.1016/j.actamat.2009.07.031 ↗
4. Djurovic D. · CALPHAD · 2010 · 34 · 27910.1016/j.calphad.2010.05.002 ↗
5. Hallstedt B. · Int. J. Mater. Res. · 2006 · 97 · 53910.3139/146.101270 ↗
6. Wang L. · Phys. Rev. B · 2006 · 73 · 19510710.1103/PhysRevB.73.195107 ↗
7. Chevrier V. · Phys. Rev. B · 2010 · 82 · 07512210.1103/PhysRevB.82.075122 ↗
8. Van der Ven A. · J. Electrochem. Soc. · 1998 · 145 · 214910.1149/1.1838610 ↗
9. Van der Ven A. · Phys. Rev. B · 1999 · 59 · 74210.1103/PhysRevB.59.742 ↗
10. Arroyo y de Dompablo M. · Phys. Rev. B · 2002 · 66 · 06411210.1103/PhysRevB.66.064112 ↗
11. Carlier D. · Chem. Mater. · 2003 · 15 · 265110.1021/cm030002t ↗
12. Hwang B. J. · Chem. Mater. · 2003 · 15 · 367610.1021/cm030299v ↗
13. Dudarev S. L. · Phys. Rev. B · 1998 · 57 · 150510.1103/PhysRevB.57.1505 ↗
14. Zhou F. · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 23512110.1103/PhysRevB.70.235121 ↗
15. Bréger J. · Chem. Mater. · 2006 · 18 · 476810.1021/cm060886r ↗
16. Wang L. · Chem. Mater. · 2007 · 19 · 54310.1021/cm0620943 ↗
17. Hinuma Y. · Chem. Mater. · 2007 · 19 · 179010.1021/cm062903i ↗
18. Kramer D. · Chem. Mater. · 2009 · 21 · 379910.1021/cm9008943 ↗
19. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1996 · 54 · 1116910.1103/PhysRevB.54.11169 ↗
20. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1999 · 59 · 175810.1103/PhysRevB.59.1758 ↗
21. Blöchl P. E. · Phys. Rev. B · 1994 · 50 · 1795310.1103/PhysRevB.50.17953 ↗
22. Monkhorst H. J. · Phys. Rev. B · 1976 · 13 · 518810.1103/PhysRevB.13.5188 ↗
23. Farley T. W. D. · J. Phys.: Condens. Matter · 1991 · 3 · 4761
24. Cota L. G. · Acta Crystallogr. · 2005 · 61 · 13310.1107/S0108768105003629 ↗
25. Redman M. J. · Nature · 1962 · 193 · 86710.1038/193867a0 ↗
26. Yang M.-C. · Chem. Mater. · 2011 · 23 · 283210.1021/cm200042z ↗
27. Chenavas J. · Solid State Commun. · 1971 · 9 · 105710.1016/0038-1098(71)90462-5 ↗
28. Smith W. L. · Acta Crystallogr. · 1973 · 29 · 36210.1107/S0567740873002505 ↗
29. Motohashi T. · Chem. Mater. · 2007 · 19 · 506310.1021/cm0702464 ↗
30. Arai H. · J. Solid State Chem. · 2002 · 163 · 34010.1006/jssc.2001.9428 ↗
31. Amatucci G. G. · J. Electrochem. Soc. · 1996 · 143 · 111410.1149/1.1836594 ↗
32. Hirano A. · Solid State Ionics · 1995 · 78 · 12310.1016/0167-2738(95)00005-Q ↗
33. Carlier D. · Solid State Ionics · 2001 · 144 · 26310.1016/S0167-2738(01)00982-1 ↗
34. Croguennec L. · Chem. Mater. · 2002 · 14 · 214910.1021/cm011265v ↗
35. Antaya M. · J. Appl. Phys. · 1994 · 76 · 279910.1063/1.357514 ↗
36. Kanno R. · J. Solid State Chem. · 1994 · 110 · 21610.1006/jssc.1994.1162 ↗
37. Gummow R. J. · Mater. Res. Bull. · 1993 · 28 · 117710.1016/0025-5408(93)90098-X ↗
38. Dutta G. · J. Solid State Chem. · 1992 · 96 · 12310.1016/S0022-4596(05)80304-4 ↗
39. Jansen M. · Naturwissenschaften · 1972 · 59 · 21510.1007/BF00595511 ↗
40. Möller A. · Chem. Mater. · 1998 · 10 · 319610.1021/cm9802907 ↗
41. Knapp W. J. · J. Am. Ceram. Soc. · 1951 · 34 · 38410.1111/j.1151-2916.1951.tb13019.x ↗
42. Huang G. · Thermochim. Acta · 1988 · 136 · 13310.1016/0040-6031(88)87433-1 ↗
43. Peng S. · Int. J. Thermophys. · 1994 · 15 · 97310.1007/BF01447107 ↗
44. Kubaschewski O. · 1993
45. Geng W. T. · Solid State Commun. · 2004 · 129 · 74110.1016/j.ssc.2003.12.003 ↗
46. Chen X. · Phys. Lett. A · 2009 · 373 · 39110.1016/j.physleta.2008.11.053 ↗
47. Patton D. C. · Phys. Rev. B · 1997 · 55 · 745410.1103/PhysRevB.55.7454 ↗
48. Hammer B. · Phys. Rev. B · 1999 · 59 · 741310.1103/PhysRevB.59.7413 ↗
49. Chase M. W. · 1998
50. Wang M. · Solid State Ionics · 2004 · 166 · 16710.1016/j.ssi.2003.11.004 ↗
51. Wang M. · J. Electrochem. Soc. · 2005 · 152 · J8210.1149/1.1931292 ↗
52. Wang M. · J. Solid State Chem. · 2005 · 178 · 123010.1016/j.jssc.2005.01.028 ↗
53. Loschen C. · Phys. Rev. B · 2007 · 75 · 03511510.1103/PhysRevB.75.035115 ↗
54. Shishkin M. · Phys. Rev. Lett. · 2007 · 99 · 24640310.1103/PhysRevLett.99.246403 ↗
55. Banus M. D. · Phys. Rev. B · 1972 · 5 · 277510.1103/PhysRevB.5.2775 ↗
56. Reeswinkel T. · J. Phys.: Condens. Matter · 2009 · 21 · 145404
57. Chang K. · CALPHAD · 2011 · 35 · 16010.1016/j.calphad.2011.02.003 ↗
58. Chen M. · J. Phase Equilib. · 2003 · 24 · 21210.1361/105497103770330514 ↗
59. Kowalski M. · CALPHAD · 1995 · 19 · 22910.1016/0364-5916(95)00024-9 ↗
60. Abe T. · CALPHAD · 2011 · 35 · 20910.1016/j.calphad.2011.02.006 ↗
61. Kawaji H. · J. Therm. Anal. Calorim. · 2002 · 68 · 83310.1023/A:1016169917912 ↗
62. Gummow R. J. · Mater. Res. Bull. · 1992 · 27 · 32710.1016/0025-5408(92)90062-5 ↗
63. Croguennec L. · J. Electrochem. Soc. · 2000 · 147 · 131410.1149/1.1393356 ↗
64. Arai H. · Solid State Ionics · 1995 · 80 · 26110.1016/0167-2738(95)00144-U ↗
65. Reimers J. N. · J. Electrochem. Soc. · 1992 · 139 · 209110.1149/1.2221184 ↗
66. Ohzuku T. · J. Electrochem. Soc. · 1994 · 141 · 297210.1149/1.2059267 ↗
67. Wolverton C. · Phys. Rev. Lett. · 1998 · 81 · 60610.1103/PhysRevLett.81.606 ↗
68. Van der Ven A. · Phys. Rev. B · 1998 · 58 · 297510.1103/PhysRevB.58.2975 ↗
69. Hong J.-S. · J. Electrochem. Soc. · 2000 · 147 · 318310.1149/1.1393881 ↗
70. Arai H. · Solid State Ionics · 1998 · 109 · 29510.1016/S0167-2738(98)00075-7 ↗
71. Delmas C. · Inter. J. Inorg. Mater. · 1999 · 1 · 1110.1016/S1463-0176(99)00003-4 ↗
72. Meza E. · J. Chil. Chem. Soc. · 2008 · 53 · 149410.4067/S0717-97072008000200010 ↗
73. Choi S. · J. Electrochem. Soc. · 2002 · 149 · A16210.1149/1.1431574 ↗
74. Delmas C. · Mater. Res. Bull. · 1982 · 17 · 11710.1016/0025-5408(82)90192-1 ↗
75. Tournadre F. · J. Solid State Chem. · 2004 · 177 · 280310.1016/j.jssc.2004.04.028 ↗
76. Narukawa S. · Solid State Ionics · 1999 · 122 · 5910.1016/S0167-2738(99)00018-1 ↗