Lithium‐ and Manganese‐Rich Oxide Cathode Materials for High‐Energy Lithium Ion Batteries
Source abstract
Abstract
Layered lithium‐ and manganese‐rich oxides (LMROs), described as xLi 2 MnO 3 ·(1–x)LiMO 2 or Li 1+y M 1–y O 2 (M = Mn, Ni, Co, etc., 0 < x <1, 0 < y ≤ 0.33), have attracted much attention as cathode materials for lithium ion batteries in recent years. They exhibit very promising capacities, up to above 300 mA h g −1 , due to transition metal redox reactions and unconventional oxygen anion redox reaction. However, they suffer from structural degradation and severe voltage fade (i.e., decreasing energy storage) upon cycling, which are plaguing their practical application. Thus, this review will aim to describe the pristine structure, high‐capacity mechanisms and structure evolutions of LMROs. Also, recent progress associated with understanding and mitigating the voltage decay of LMROs will be discussed. Several approaches to solve this problem, such as adjusting cycling voltage window and chemical composition, optimizing synthesis strategy, controlling morphology, doping, surface modification, constructing core‐shell and layered‐spinel hetero structures, are described in detail.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Advanced Battery Materials and Technologies · Supercapacitor Materials and Fabrication
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
MEET Battery Research Center University of Muenster Corrensstrasse 46 48149 Muenster Germany
Helmholtz‐Institute Muenster (IEK 12) Forschungszentrum Juelich GmbH Corrensstrasse 46 48149 Muenster Germany
Helmholtz‐Institute Ulm (HIU) Karlsruher Institute of Technology (KIT) Helmholtz Strasse 11 89081 Ulm Germany
Funding
Bundesministerium für Bildung und Forschung · Bundesministerium für Wirtschaft und Energie · Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit · European Commission
References (100+)
Show source-provided references
1. 10.1126/science.121274110.1126/science.1212741 ↗
2. 10.1002/aenm.20100001010.1002/aenm.201000010 ↗
3. 10.1002/adma.20100413410.1002/adma.201004134 ↗
4. 10.1146/annurev-chembioeng-061010-11411610.1146/annurev-chembioeng-061010-114116 ↗
5. 10.1038/nmat319110.1038/nmat3191 ↗
6. 10.1039/c3cc46131a10.1039/c3cc46131a ↗
7. 10.1038/nature1290910.1038/nature12909 ↗
8. 10.1038/507026a10.1038/507026a ↗
9. 10.1002/adma.20140306410.1002/adma.201403064 ↗
10. 10.1038/nchem.208510.1038/nchem.2085 ↗
11. 10.1038/nature1434010.1038/nature14340 ↗
12. 10.1038/nmat417010.1038/nmat4170 ↗
13. 10.1039/C5CS00289C10.1039/C5CS00289C ↗
14. 10.1002/anie.20150497110.1002/anie.201504971 ↗
15. 10.1039/c1ee01598b10.1039/c1ee01598b ↗
16. 10.1002/anie.20120142910.1002/anie.201201429 ↗
17. 10.1039/c2ee21892e10.1039/c2ee21892e ↗
18. 10.1002/aenm.20120006510.1002/aenm.201200065 ↗
19. 10.1002/anie.20110500610.1002/anie.201105006 ↗
20. 10.1021/ja309143810.1021/ja3091438 ↗
21. 10.1021/cr500232y10.1021/cr500232y ↗
22. 10.1021/cr500300310.1021/cr5003003 ↗
23. 10.1021/cr500003w10.1021/cr500003w ↗
24. 10.1016/j.mser.2012.05.00310.1016/j.mser.2012.05.003 ↗
25. 10.1038/3503504510.1038/35035045 ↗
26. 10.1126/science.112215210.1126/science.1122152 ↗
27. 10.1002/aenm.20120006810.1002/aenm.201200068 ↗
28. 10.1007/s10800-013-0533-610.1007/s10800-013-0533-6 ↗
29. 10.1002/anie.20140591010.1002/anie.201405910 ↗
30. 10.1002/aenm.20140005410.1002/aenm.201400054 ↗
31. 10.1021/ja507828x10.1021/ja507828x ↗
32. 10.1039/b417616m10.1039/b417616m ↗
33. 10.1039/b702425h10.1039/b702425h ↗
34. 10.1039/B618715C10.1039/B618715C ↗
35. 10.1038/srep0140110.1038/srep01401 ↗
36. 10.1039/C4RA12454E10.1039/C4RA12454E ↗
37. 10.3389/fenrg.2015.0002610.3389/fenrg.2015.00026 ↗
38. 10.1149/2.0111514jes10.1149/2.0111514jes ↗
39. 10.1021/acs.accounts.5b0027710.1021/acs.accounts.5b00277 ↗
40. 10.1149/2.0071514jes10.1149/2.0071514jes ↗
41. 10.1002/aenm.20150101010.1002/aenm.201501010 ↗
42. 10.1021/ja511299y10.1021/ja511299y ↗
43. 10.1016/j.elecom.2006.11.00610.1016/j.elecom.2006.11.006 ↗
44. 10.1021/cm070435m10.1021/cm070435m ↗
45. 10.1016/j.ssi.2008.01.09110.1016/j.ssi.2008.01.091 ↗
46. 10.1021/ja108588y10.1021/ja108588y ↗
47. 10.1021/cm300563410.1021/cm3005634 ↗
48. 10.1149/1.147154110.1149/1.1471541 ↗
49. 10.1021/ja06202710.1021/ja062027 ↗
50. 10.1149/1.296895610.1149/1.2968956 ↗
51. 10.1021/cm400011910.1021/cm4000119 ↗
52. 10.1016/j.jpowsour.2013.02.07510.1016/j.jpowsour.2013.02.075 ↗
53. 10.1002/aenm.20130095010.1002/aenm.201300950 ↗
54. 10.1002/aenm.20130026910.1002/aenm.201300269 ↗
55. 10.1002/ente.20130012710.1002/ente.201300127 ↗
56. 10.1149/2.080206jes10.1149/2.080206jes ↗
57. 10.1002/adma.20110410610.1002/adma.201104106 ↗
58. 10.1021/nn305065u10.1021/nn305065u ↗
59. 10.1002/aenm.20140063110.1002/aenm.201400631 ↗
60. 10.1149/2.049301jes10.1149/2.049301jes ↗
61. 10.1006/jssc.1993.118210.1006/jssc.1993.1182 ↗
62. 10.1016/S0378-7753(99)00066-X10.1016/S0378-7753(99)00066-X ↗
63. 10.1246/cl.2001.74410.1246/cl.2001.744 ↗
64. 10.1246/cl.2001.64210.1246/cl.2001.642 ↗
65. 10.1149/1.140799410.1149/1.1407994 ↗
66. 10.1149/1.151355710.1149/1.1513557 ↗
67. 10.1016/S0378-7753(02)00439-110.1016/S0378-7753(02)00439-1 ↗
68. 10.1016/S0378-7753(02)00169-610.1016/S0378-7753(02)00169-6 ↗
69. 10.1149/1.158811410.1149/1.1588114 ↗
70. 10.1016/S0378-7753(03)00804-810.1016/S0378-7753(03)00804-8 ↗
71. 10.1016/j.ssi.2003.08.00310.1016/j.ssi.2003.08.003 ↗
72. 10.1016/j.elecom.2004.08.00210.1016/j.elecom.2004.08.002 ↗
73. 10.1149/1.175929210.1149/1.1759292 ↗
74. 10.1016/j.jpowsour.2005.03.09010.1016/j.jpowsour.2005.03.090 ↗
75. 10.1149/1.199569010.1149/1.1995690 ↗
76. 10.1016/j.elecom.2005.02.02710.1016/j.elecom.2005.02.027 ↗
77. 10.1021/cm047779m10.1021/cm047779m ↗
78. 10.1016/j.jpowsour.2005.03.07710.1016/j.jpowsour.2005.03.077 ↗
79. 10.1016/j.materresbull.2006.09.02610.1016/j.materresbull.2006.09.026 ↗
80. 10.1016/j.jpowsour.2008.04.01310.1016/j.jpowsour.2008.04.013 ↗
81. 10.1016/j.elecom.2010.09.00910.1016/j.elecom.2010.09.009 ↗
82. 10.1149/1.329260310.1149/1.3292603 ↗
83. 10.1016/j.jpowsour.2011.01.00610.1016/j.jpowsour.2011.01.006 ↗
84. 10.1039/C0JM03388J10.1039/C0JM03388J ↗
85. 10.1016/j.jpowsour.2012.06.06710.1016/j.jpowsour.2012.06.067 ↗
86. 10.1021/am502884y10.1021/am502884y ↗
87. 10.1039/C3TA14413E10.1039/C3TA14413E ↗
88. 10.1039/C5RA03368C10.1039/C5RA03368C ↗
89. 10.1016/j.jpowsour.2015.11.08210.1016/j.jpowsour.2015.11.082 ↗
90. 10.1016/j.electacta.2014.03.00410.1016/j.electacta.2014.03.004 ↗
91. 10.1016/j.jpowsour.2014.06.03110.1016/j.jpowsour.2014.06.031 ↗
92. 10.1021/cm402278q10.1021/cm402278q ↗
93. 10.1016/S0378-7753(03)00195-210.1016/S0378-7753(03)00195-2 ↗
94. 10.1021/cm011623u10.1021/cm011623u ↗
95. 10.1039/c4ta01161a10.1039/c4ta01161a ↗
96. 10.1063/1.293100210.1063/1.2931002 ↗
97. 10.1016/j.jpowsour.2014.10.03210.1016/j.jpowsour.2014.10.032 ↗
98. 10.1016/j.jpowsour.2007.11.07710.1016/j.jpowsour.2007.11.077 ↗
99. 10.1002/adma.20090424710.1002/adma.200904247 ↗
100. 10.1021/cm200250a10.1021/cm200250a ↗