LiNi0.5Mn1.5O4 high-voltage cathode coated with Li4Ti5O12: a hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) study

文献情報

出版日 2015-11-06
DOI 10.1039/C5CP03837E
インパクトファクター 3.676
著者

Malte Sachs, Michael Gellert, Min Chen, Hans-Jörg Drescher, Stefan Renato Kachel, Han Zhou, Malte Zugermeier, Mihaela Gorgoi, Bernhard Roling, J. Michael Gottfried


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要旨

A Li4Ti5O12 (LTO) film was coated as buffer layer onto a LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) high-voltage cathode, and after cycling of the cathode in a battery electrolyte, the LTO film was investigated by means of synchrotron radiation based hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES). By tuning the photon energy between 2 keV and 6 keV, we obtained non-destructive depth profiles of the coating material with probing depths ranging from 6 nm to 20 nm. The coating was found to be covered by a few nanometers thin surface layer resulting from electrolyte decomposition. This layer consisted predominantly of organic polymers as well as metal fluorides and fluorophosphates. A positive influence of the Li4Ti5O12 coating with regard to the size and stability of the surface layer was found. The coating itself consisted of a uniform mixture of Li(I), Ti(IV), Ni(II) and Mn(IV) oxides that most likely adopted a spinel structure by forming a solid solution of the two spinels LiNi0.5Mn1.5O4 and Li4Ti5O12 with Li, Mn, Ni and Ti cations mixing on the spinel octahedral sites. The diffusion of Ni and Mn ions into the Li4Ti5O12 lattice occurred during the heat treatment when preparing the cathode. The doping of Li4Ti5O12 with the open d-shell ions Ni2+ (d8) and Mn4+ (d3) should increase the electronic conductivity of the coating significantly, as was found in previous studies. The complex signal structure of the Ti 2p, Ni 2p and Mn 2p core levels provides insight into the chemical nature of the transition metal ions.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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