Kinetically controlled lithium-staging in delithiated LiFePO4 driven by the Fe center mediated interlayer Li-Li interactions

Chemistry of Materials

Volumn 24, Issue 24, 2012, Pages 4693-4703

  Sun, Yang ^a   Lu, Xia ^a   Xiao, Ruijuan ^a   Li, Hong ^a   Huang, Xuejie ^a  

^a INSTITUTE OF PHYSICS   (China)

Author keywords

density functional theory calculations; Li ion batteries; lithium ion diffusion kinetics; lithium staging; olivine LiFePO4

Indexed keywords

3D ELECTRON; COMPUTATIONAL RESULTS; DE-LITHIATION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY CALCULATIONS; IN-PHASE; INDIRECT INTERACTIONS; ION DIFFUSION; KINETICALLY CONTROLLED; LI DIFFUSION; LI-ION BATTERIES; LIFEPO; LITHIUM DIFFUSION; LITHIUM ION DIFFUSION; OXIDATION STATE; SEPARATION MATERIALS;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DIFFUSION; INTERCALATION; IONS; KINETICS; LITHIUM ALLOYS; LITHIUM COMPOUNDS; OLIVINE; PHASE SEPARATION;

LITHIUM;

EID: 84871555100     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm3028324     Document Type: Article

References (71)

1. Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652
2. Ellis, B. L.; Lee, K. T.; Nazar, L. F. Chem. Mater. 2010, 22, 691
3. Padhi, A. K.; Nanjundaswamy, K. S.; Goodenough, J. B. J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 1188
4. Andersson, A. S.; Kalska, B.; Haggstrom, L.; Thomas, J. O. Solid State Ion. 2000, 130, 41
5. Ravet, N.; Chouinard, Y.; Magnan, J. F.; Besner, S.; Gauthier, M.; Armand, M. J. Power Sources 2001, 97-8, 503
6. Herle, P. S.; Ellis, B.; Coombs, N.; Nazar, L. F. Nat. Mater. 2004, 3, 147
7. Kang, B.; Ceder, G. Nature 2009, 458, 190
8. Morgan, D.; Van der Ven, A.; Ceder, G. Electrochem. Solid State Lett. 2004, 7, A30
9. Ouyang, C. Y.; Shi, S. Q.; Wang, Z. X.; Huang, X. J.; Chen, L. Q. Phys. Rev. B 2004, 69, 104303
10. Islam, M. S.; Driscoll, D. J.; Fisher, C. A. J.; Slater, P. R. Chem. Mater. 2005, 17, 5085
11. Nishimura, S.; Kobayashi, G.; Ohoyama, K.; Kanno, R.; Yashima, M.; Yamada, A. Nat. Mater. 2008, 7, 707
12. Andersson, A. S.; Thomas, J. O. J. Power Sources 2001, 97-8, 498
13. Srinivasan, V.; Newman, J. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1517
14. Delmas, C.; Maccario, M.; Croguennec, L.; Le Cras, F.; Weill, F. Nat. Mater. 2008, 7, 665
15. Chen, G. Y.; Song, X. Y.; Richardson, T. J. Electrochem. Solid State Lett. 2006, 9, A295
16. Laffont, L.; Delacourt, C.; Gibot, P.; Wu, M. Y.; Kooyman, P.; Masquelier, C.; Tarascon, J. M. Chem. Mater. 2006, 18, 5520
17. Yamada, A.; Koizumi, H.; Nishimura, S. I.; Sonoyama, N.; Kanno, R.; Yonemura, M.; Nakamura, T.; Kobayashi, Y. Nat. Mater. 2006, 5, 357
18. Meethong, N.; Huang, H. Y. S.; Carter, W. C.; Chiang, Y. M. Electrochem. Solid State Lett. 2007, 10, A134
19. Kobayashi, G.; Nishimura, S. I.; Park, M. S.; Kanno, R.; Yashima, M.; Ida, T.; Yamada, A. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 395
20. Ellis, B.; Perry, L. K.; Ryan, D. H.; Nazar, L. F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11416
21. Dodd, J. L.; Yazami, R.; Fultz, B. Electrochem. Solid State Lett. 2006, 9, A151
22. Gibot, P.; Casas-Cabanas, M.; Laffont, L.; Levasseur, S.; Carlach, P.; Hamelet, S.; Tarascon, J. M.; Masquelier, C. Nat. Mater. 2008, 7, 741
23. Gu, L.; Zhu, C. B.; Li, H.; Yu, Y.; Li, C. L.; Tsukimoto, S.; Maier, J.; Ikuhara, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4661
24. Zhou, F.; Maxisch, T.; Ceder, G. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 155704
25. Malik, R.; Zhou, F.; Ceder, G. Nat. Mater. 2011, 10, 587
26. Suo, L.; Han, W.; Lu, X.; Gu, L.; Hu, Y. S.; Li, H.; Chen, D.; Chen, L.; Tsukimoto, S.; Ikuhara, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 5363
27. Singh, G. K.; Ceder, G.; Bazant, M. Z. Electrochim. Acta 2008, 53, 7599
28. Burch, D.; Bazant, M. Z. Nano Lett. 2009, 9, 3795
29. Wagemaker, M.; Singh, D. P.; Borghols, W. J. H.; Lafont, U.; Haverkate, L.; Peterson, V. K.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10222
30. Bai, P.; Cogswell, D. A.; Bazant, M. Z. Nano Lett. 2011, 11, 4890
31. Zhu, Y.; Wang, C. J. Phy. Chem. C 2010, 114, 2830
32. Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169
33. Kresse, G.; Furthmuller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15
34. Blochl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953
35. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
36. Bengone, O.; Alouani, M.; Blochl, P.; Hugel, J. Phys. Rev. B 2000, 62, 16392
37. Liechtenstein, A. I.; Anisimov, V. I.; Zaanen, J. Phys. Rev. B 1995, 52, R5467
38. Zhou, F.; Cococcioni, M.; Marianetti, C. A.; Morgan, D.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2004, 70, 235121
39. Zhou, F.; Kang, K. S.; Maxisch, T.; Ceder, G.; Morgan, D. Solid State Commun. 2004, 132, 181
40. Fisher, C. A. J.; Prieto, V. M. H.; Islam, M. S. Chem. Mater. 2008, 20, 5907
41. Meng, Y. S.; Arroyo-de Dompablo, M. E. Energy Environ. Sci. 2009, 2, 589
42. Gardiner, G. R.; Islam, M. S. Chem. Mater. 2010, 22, 1242
43. Lee, J. W.; Zhou, W.; Idrobo, J. C.; Pennycook, S. J.; Pantelides, S. T. Phys. Rev. Lett. 2011, 107, 085507
44. Henkelman, G.; Uberuaga, B. P.; Jonsson, H. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9901
45. Maxisch, T.; Zhou, F.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2006, 73, 104301
46. Fischer, J. E.; Thompson, T. E. Phys. Today 1978, 31, 36
47. Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G. Adv. Phys. 1981, 30, 139
48. Ohzuku, T.; Iwakoshi, Y.; Sawai, K. J. Electrochem. Soc. 1993, 140, 2490
49. Zaghib, K.; Mauger, A.; Goodenough, J. B.; Gendron, F.; Julien, C. M. Chem. Mater. 2007, 19, 3740
50. Asari, Y.; Suwa, Y.; Hamada, T. Phys. Rev. B 2011, 84, 134113
51. Dathar, G. K. P.; Sheppard, D.; Stevenson, K. J.; Henkelman, G. Chem. Mater. 2011, 23, 4032
52. Zhou, F.; Marianetti, C. A.; Cococcioni, M.; Morgan, D.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2004, 69
53. Meethong, N.; Huang, H. Y. S.; Speakman, S. A.; Carter, W. C.; Chiang, Y. M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1115
54. Van der Ven, A.; Garikipati, K.; Kim, S.; Wagemaker, M. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A949
55. Zhu, Y.; Wang, C. J. Power Sources 2011, 196, 1442
56. Cogswell, D. A.; Bazant, M. Z. ACS Nano 2012, 6, 2215
57. Zhou, F.; Cococcioni, M.; Kang, K.; Ceder, G. Electrochem. Commun. 2004, 6, 1144
58. Liu, X.; Liu, J.; Qiao, R.; Yu, Y.; Li, H.; Suo, L.; Hu, Y.-s.; Chuang, Y.-D.; Shu, G.; Chou, F.; Weng, T.-C.; Nordlund, D.; Sokaras, D.; Wang, Y. J.; Lin, H.; Barbiellini, B.; Bansil, A.; Song, X.; Liu, Z.; Yan, S.; Liu, G.; Qiao, S.; Richardson, T. J.; Prendergast, D.; Hussain, Z.; de Groot, F. M. F.; Yang, W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13708
59. Chen, J. J.; Bai, J. M.; Chen, H. Y.; Graetz, J. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1874
60. Oyama, G.; Yamada, Y.; Natsui, R.-i.; Nishimura, S.-i.; Yamada, A. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 7306
61. Lee, K. T.; Kan, W. H.; Nazar, L. F. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6044
62. Dreyer, W.; Jamnik, J.; Guhlke, C.; Huth, R.; Moskon, J.; Gaberscek, M. Nat. Mater. 2010, 9, 448
63. Persson, K.; Hinuma, Y.; Meng, Y. S.; Van der Ven, A.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2010, 82, 125416
64. Chevrier, V. L.; Ong, S. P.; Armiento, R.; Chan, M. K. Y.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2010, 82, 075122
65. Lu, X.; Zhao, L.; He, X.; Xiao, R.; Gu, L.; Hu, Y.-S.; Li, H.; Wang, Z.; Duan, X.; Chen, L.; Maier, J.; Ikuhara, Y. Adv. Mater. 2012, 24, 3233
66. Van der Ven, A.; Ceder, G.; Asta, M.; Tepesch, P. D. Phys. Rev. B 2001, 64, 184307
67. Van der Ven, A.; Thomas, J. C.; Xu, Q.; Swoboda, B.; Morgan, D. Phys. Rev. B 2008, 78, 104306
68. Xu, B.; Meng, S. J. Power Sources 2010, 195, 4971
69. Van der Ven, A.; Bhattacharya, J.; Belak, A. A. Acc. Chem. Res. 2012, 10.1021/ar200329r
70. Wagemaker, M.; Simon, D. R.; Kelder, E. M.; Schoonman, J.; Ringpfeil, C.; Haake, U.; Lutzenkirchen-Hecht, D.; Frahm, R.; Mulder, F. M. Adv. Mater. 2006, 18, 3169
71. Chen, Y. C.; Ouyang, C. Y.; Song, L. J.; Sun, Z. L. Electrochim. Acta 2011, 56, 6084