This overview addresses the atomistic aspects of degradation of layered LiMO2 (M = Ni, Co, Mn) oxide Li-ion battery cathode materials, aiming to shed light on the fundamental degradation mechanisms especially inside active cathode materials and at their interfaces. It includes recent results obtained by novel in situ/in operando diffraction methods, modelling, and quasi in situ surface science analysis. Degradation of the active cathode material occurs upon overcharge, resulting from a positive potential shift of the anode. Oxygen loss and eventual phase transformation resulting in dead regions are ascribed to changes in electronic structure and defect formation. The anode potential shift results from loss of free lithium due to side reactions occurring at electrode/electrolyte interfaces. Such side reactions are caused by electron transfer, and depend on the electron energy level alignment at the interface. Side reactions at electrode/electrolyte interfaces and capacity fade may be overcome by the use of suitable solid-state electrolytes and Li-containing anodes.
| Typ des Eintrags: |
Artikel
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| Erschienen: |
2015 |
| Autor(en): |
Hausbrand, René ; Cherkashinin, Gennady ; Ehrenberg, Helmut ; Gröting, Melanie ; Albe, Karsten ; Hess, Christian ; Jaegermann, Wolfram |
| Art des Eintrags: |
Bibliographie |
| Titel: |
Fundamental degradation mechanisms of layered oxide Li-ion battery cathode materials: Methodology, insights and novel approaches |
| Sprache: |
Englisch |
| Publikationsjahr: |
2015 |
| Verlag: |
Elsevier |
| Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: |
Materials Science and Engineering: B |
| Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: |
192 |
| DOI: |
10.1016/j.mseb.2014.11.014 |
| Zugehörige Links: |
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| Kurzbeschreibung (Abstract): |
This overview addresses the atomistic aspects of degradation of layered LiMO2 (M = Ni, Co, Mn) oxide Li-ion battery cathode materials, aiming to shed light on the fundamental degradation mechanisms especially inside active cathode materials and at their interfaces. It includes recent results obtained by novel in situ/in operando diffraction methods, modelling, and quasi in situ surface science analysis. Degradation of the active cathode material occurs upon overcharge, resulting from a positive potential shift of the anode. Oxygen loss and eventual phase transformation resulting in dead regions are ascribed to changes in electronic structure and defect formation. The anode potential shift results from loss of free lithium due to side reactions occurring at electrode/electrolyte interfaces. Such side reactions are caused by electron transfer, and depend on the electron energy level alignment at the interface. Side reactions at electrode/electrolyte interfaces and capacity fade may be overcome by the use of suitable solid-state electrolytes and Li-containing anodes. |
| Zusätzliche Informationen: |
SFB 595 Cooperation A3, B4, B8, C1 |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): |
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Materialmodellierung
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Oberflächenforschung
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DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 595: Elektrische Ermüdung > B - Charakterisierung
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 595: Elektrische Ermüdung > B - Charakterisierung > Teilprojekt B4: In situ Untersuchungen der Degradation von Interkalationsbatterien und deren Modellierung
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 595: Elektrische Ermüdung > B - Charakterisierung > Teilprojekt B8: In situ Diagnostik von Interkalationsbatterien mittels Ramanspektroskopie
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 595: Elektrische Ermüdung > C - Modellierung
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 595: Elektrische Ermüdung > C - Modellierung > Teilprojekt C1: Quantenmechanische Computersimulationen zur Elektronen- und Defektstruktur oxidischer Materialien |
| Hinterlegungsdatum: |
15 Dez 2014 14:18 |
| Letzte Änderung: |
24 Apr 2024 09:50 |
| PPN: |
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| Sponsoren: |
The financial support from the German Science Foundation (DFG) of the collaborative research center SFB 595 “Electrical fatigue in functional materials” for three funding periods (2003–2014) is gratefully acknowledged. |
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