DataVXACS Applied Energy MaterialsPaper
journal article·2022-02-28Open access

Pushing Stoichiometries of Lithium-Rich Layered Oxides Beyond Their Limits

Arcangelo Celeste, Rosaria Brescia, Giorgia Greco, Piero Torelli, Silvia Mauri, Laura Silvestri, Vittorio Pellegrini, Sergio Brutti

ACS Applied Energy Materials· Volume 5· Issue 2
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Source abstract

Abstract

Lithium-rich layered oxides (LRLOs) are opening unexplored frontiers for high-capacity/high-voltage positive electrodes in Li-ion batteries (LIBs) to meet the challenges of green and safe transportation as well as cheap and sustainable stationary energy storage from renewable sources. LRLOs exploit the extra lithiation provided by the Li1.2TM0.8O2 stoichiometries (TM = a blend of transition metals with a moderate cobalt content) achievable by a layered structure to disclose specific capacities beyond 200–250 mA h g–1 and working potentials in the 3.4–3.8 V range versus Li. Here, we demonstrate an innovative paradigm to extend the LRLO concept. We have balanced the substitution of cobalt in the transition-metal layer of the lattice with aluminum and lithium, pushing the composition of LRLO to unexplored stoichiometries, that is, Li1.2+x(Mn,Ni,Co,Al)0.8–xO2−δ. The fine tuning of the composition of the metal blend results in an optimized layered material, that is, Li1.28Mn0.54Ni0.13Co0.02Al0.03O2−δ, with outstanding electrochemical performance in full LIBs, improved environmental benignity, and reduced manufacturing costs compared to the state-of-the-art.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

Energy storage

OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Supercapacitor Materials and Fabrication · Advanced Battery Materials and Technologies

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

Affiliations

Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università degli Studi di Genova, via Dodecaneso 31, 16146 Genova, Italy

Graphene Labs, Istituto Italiano di Tecnologia, via Morego 30, 16163 Genova, Italy

Electron Microscopy Facility, Istituto Italiano di Tecnologia, via Morego 30, 16163 Genova, Italy

Dipartimento di Chimica, Università di Roma La Sapienza, p.le Aldo Moro 5, 00185 Roma, Italy

Laboratorio TASC, Istituto Officina dei Materiali (IOM)−CNR, Area Science Park, S.S.14, km 163.5, I-34149 Trieste, Italy

Dipartimento di Fisica, University of Trieste, via A. Valerio 2, 34127 Trieste, Italy

Dipartimento di Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili, ENEA C.R. Casaccia, via Anguillarese 301, 00123 Roma, Italy

BeDimensional Spa, via Torrentesecca 3d, 16163 Genova, Italy

GISEL─Centro di Riferimento Nazionale per i Sistemi di Accumulo Elettrochimico di Energia, INSTM, via G. Giusti, 50121 Firenze, Italy

ISC-CNR OUS Sapienza, Via dei Tarquini, 00185 Roma, Italy

Funding

Ministero dello Sviluppo Economico · Sapienza Universit? di Roma · Horizon 2020 Framework Programme · Italian Minister of Economic Development

References (52)

Show source-provided references
1. 10.1039/c0jm04225k10.1039/c0jm04225k ↗
2. 10.1016/j.jpowsour.2009.11.04810.1016/j.jpowsour.2009.11.048 ↗
3. 10.1038/nchem.208510.1038/nchem.2085 ↗
4. 10.1002/aenm.20160090610.1002/aenm.201600906 ↗
5. 10.1002/adma.20180134810.1002/adma.201801348 ↗
6. 10.1007/s10008-012-1977-z10.1007/s10008-012-1977-z ↗
7. 10.1021/jz400032v10.1021/jz400032v ↗
8. 10.1149/2.0111514jes10.1149/2.0111514jes ↗
9. 10.1039/b417616m10.1039/b417616m ↗
10. 10.1039/c5ee03048j10.1039/c5ee03048j ↗
11. 10.1016/j.nanoen.2015.12.02710.1016/j.nanoen.2015.12.027 ↗
12. 10.1149/2.1001702jes10.1149/2.1001702jes ↗
13. 10.1016/j.jpowsour.2012.11.14410.1016/j.jpowsour.2012.11.144 ↗
14. 10.1021/nn305065u10.1021/nn305065u ↗
15. 10.1038/nmat413710.1038/nmat4137 ↗
16. 10.1149/2.049403jes10.1149/2.049403jes ↗
17. 10.1002/aenm.20160128410.1002/aenm.201601284 ↗
18. 10.1039/c8me00025e10.1039/c8me00025e ↗
19. 10.1016/j.jpowsour.2016.12.06910.1016/j.jpowsour.2016.12.069 ↗
20. 10.1016/j.resconrec.2015.07.01110.1016/j.resconrec.2015.07.011 ↗
21. 10.1038/s41560-018-0107-210.1038/s41560-018-0107-2 ↗
22. 10.1002/aenm.20150239810.1002/aenm.201502398 ↗
23. 10.1149/2.0751813jes10.1149/2.0751813jes ↗
24. 10.1149/2.060208jes10.1149/2.060208jes ↗
25. 10.1016/j.jpowsour.2017.11.04210.1016/j.jpowsour.2017.11.042 ↗
26. 10.1039/c4ta00699b10.1039/c4ta00699b ↗
27. Celeste, A.; Silvestri, L.; Pellegrini, V.; Brutti, S. Materiale Di Ossidi Di Metalli Di Transizione Ricco Di Litio. Italian Patent, Number Application, IT 102020000016966, 2020.
28. 10.1021/acs.chemmater.7b0323010.1021/acs.chemmater.7b03230 ↗
29. 10.1016/j.electacta.2014.06.05510.1016/j.electacta.2014.06.055 ↗
30. 10.1016/j.nanoen.2017.04.00510.1016/j.nanoen.2017.04.005 ↗
31. 10.1021/jp501777v10.1021/jp501777v ↗
32. 10.1007/s11581-019-03012-610.1007/s11581-019-03012-6 ↗
33. 10.1021/cm200831c10.1021/cm200831c ↗
34. 10.1016/j.elecom.2006.06.03010.1016/j.elecom.2006.06.030 ↗
35. 10.1021/jp509388j10.1021/jp509388j ↗
36. 10.1107/s056774086900322010.1107/s0567740869003220 ↗
37. 10.1107/s056773947600155110.1107/s0567739476001551 ↗
38. 10.1016/j.jpowsour.2011.08.02210.1016/j.jpowsour.2011.08.022 ↗
39. 10.1038/s41467-018-03403-910.1038/s41467-018-03403-9 ↗
40. 10.1021/acs.jpcc.5b1047510.1021/acs.jpcc.5b10475 ↗
41. 10.1039/c5ee03048j10.1039/c5ee03048j ↗
42. 10.1016/0096-3003(93)90154-710.1016/0096-3003(93)90154-7 ↗
43. 10.1039/c2ta00309k10.1039/c2ta00309k ↗
44. 10.1039/c5cp04801j10.1039/c5cp04801j ↗
45. 10.1021/ja062027+10.1021/ja062027+ ↗
46. 10.1038/ncomms1210810.1038/ncomms12108 ↗
47. 10.1038/s41560-018-0207-z10.1038/s41560-018-0207-z ↗
48. 10.1149/2.0361501jes10.1149/2.0361501jes ↗
49. 10.1016/j.electacta.2019.01.07810.1016/j.electacta.2019.01.078 ↗
50. 10.1002/aenm.20190244510.1002/aenm.201902445 ↗
51. 10.1021/acsaem.1c0209010.1021/acsaem.1c02090 ↗
52. 10.1039/D0TA05429A10.1039/D0TA05429A ↗