Nanoscale morphological and chemical changes of high voltage lithium-manganese rich NMC composite cathodes with cycling

Nano Letters

Volumn 14, Issue 8, 2014, Pages 4334-4341

  Yang, Feifei ^a   Liu, Yijin ^b   Martha, Surendra K ^c   Wu, Ziyu ^a   Andrews, Joy C ^b   Ice, Gene E ^c   Pianetta, Piero ^b   Nanda, Jagjit ^c,d  

^a UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA   (China)

^b SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

^c OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^d University of Tennessee   (United States)

Author keywords

Li ion battery; Li Mn rich NMC; X ray nanotomography; XANES imaging

Indexed keywords

LITHIUM; MANGANESE; MORPHOLOGY; NANOTECHNOLOGY; NICKEL; SAMPLING; SECONDARY BATTERIES; X RAY ABSORPTION NEAR EDGE STRUCTURE SPECTROSCOPY;

ELECTROCHEMICAL REACTIONS; LI-ION BATTERIES; LI-MN-RICH NMC; QUANTITATIVE VISUALIZATION; TRANSMISSION X-RAY MICROSCOPIES; X-RAY ABSORPTION NEAR-EDGE STRUCTURE; X-RAY NANOTOMOGRAPHY; XANES;

CATHODES;

LITHIUM; MANGANESE;

CHEMISTRY; ELECTRIC CAPACITANCE; ELECTRODE; MICRO-COMPUTED TOMOGRAPHY;

ELECTRIC CAPACITANCE; ELECTRODES; LITHIUM; MANGANESE; X-RAY MICROTOMOGRAPHY;

EID: 84906092567     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl502090z     Document Type: Article

References (57)

1. Armand, M.; Tarascon, J.-M. Nature 2008, 451, 652
2. Dunn, B.; Kamath, H.; Tarascon, J.-M. Science 2011, 334, 928
3. Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J.-M. Nat. Mater. 2012, 11, 19
4. Whittingham, M. S. Chem. Rev. 2004, 104, 4271
5. Goodenough, J. B. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1053
6. Wang, L.; Li, J.; He, X.; Pu, W.; Wan, C.; Jiang, C. J. Solid State Electrochem. 2009, 13, 1157
7. Xu, B.; Fell, C. R.; Chi, M.; Meng, Y. S. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2223
8. Ito, A.; Li, D.; Sato, Y.; Arao, M.; Watanabe, M.; Hatano, M.; Horie, H.; Ohsawa, Y. J. Power Sources 2010, 195, 567
9. Jarvis, K. A.; Deng, Z.; Allard, L. F.; Manthiram, A.; Ferreira, P. J. Chem. Mater. 2011, 23, 3614
10. Armstrong, A. R.; Holzapfel, M.; Novák, P.; Johnson, C. S.; Kang, S.-H.; Thackeray, M. M.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8694
11. Thackeray, M. M.; Kang, S.-H.; Johnson, C. S.; Vaughey, J. T.; Benedek, R.; Hackney, S. A. J. Mater. Chem. 2007, 17, 3112
12. Gu, M.; Belharouak, I.; Zheng, J.; Wu, H.; Xiao, J.; Genc, A.; Amine, K.; Thevuthasan, S.; Baer, D. R.; Zhang, J.-G.; Browning, N. D.; Liu, J.; Wang, C. ACS Nano 2013, 7, 760
13. Kim, D.; Kang, S.-H.; Balasubramanian, M.; Johnson, C. S. Electrochem. Commun. 2010, 12, 1618
14. Lin, J.; Mu, D.; Jin, Y.; Wu, B.; Ma, Y.; Wu, F. J. Power Sources 2013, 230, 76
15. McCalla, E.; Rowe, A. W.; Shunmugasundaram, R.; Dahn, J. R. Chem. Mater. 2013, 25, 989
16. Liu, X.; Wang, D.; Liu, G.; Venkat, S.; Liu, Z.; Hussain, Z.; Yang, W. Nat. Commun. 2013, 4, 2586
17. Lee, J.; Urban, A.; Li, X.; Su, D.; Hautier, G.; Ceder, G. Science 2014, 343, 519-522
18. Hong, J.; Seo, D.-H.; Kim, S.-W.; Gwon, H.; Oh, S.-T.; Kang, K. J. Mater. Chem. 2010, 20, 10179
19. Lin, F.; Markus, M. M.; Nordlund, D.; Weng, T.-C.; Asta, M. D.; Xin, H. L.; Doeff, M. M. Nat. Commun. 2014, 5, 3529
20. Martha, S. K.; Nanda, J.; Veith, G. M.; Dudney, N. J. J. Power Sources 2012, 199, 220
21. Johnson, C. S.; Li, N.; Lefief, C.; Vaughey, J. T.; Thackeray, M. M. Chem. Mater. 2008, 20, 6095
22. Bettge, M.; Li, Y.; Gallagher, K.; Zhu, Y.; Wu, Q.; Lu, W.; Bloom, I.; Abraham, D. P. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A2046
23. Li, Y.; Bettge, M.; Polzin, B.; Zhu, Y.; Balasubramanian, M.; Abraham, D. P. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A3006
24. Mohanty, D.; Sefat, A. S.; Li, J.; Meisner, R. A.; Rondinone, A. D.; Payzant, E. A.; Abraham, D. P.; Wood, D. L., III; Daniel, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 19496
25. Fell, C. R.; Carroll, K. J.; Chi, M.; Meng, Y. S. J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A1202
26. Neuhausler, U.; Schneider, G.; Ludwig, W.; Meyer, M. A.; Zschech, E.; Hambach, D. J. Phys. D-Appl. Phys. 2003, 36, A79
27. Yin, G.-C.; Tang, M.-T.; Song, Y.-F.; Chen, F.-R.; Liang, K. S.; Duewer, F. W.; Yun, W.; Ko, C.-H.; Shieh, H.-P. D. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 241115
28. Chu, Y. S.; Yi, J. M.; De Carlo, F.; Shen, Q.; Lee, W.-K.; Wu, H. J.; Wang, C. L.; Wang, J. Y.; Liu, C. J.; Wang, C. H.; Wu, S. R.; Chien, C. C.; Hwu, Y.; Tkachuk, A.; Yun, W.; Feser, M.; Liang, K. S.; Yang, C. S.; Je, J. H.; Margaritondo, G. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 103119
29. Kim, G. B.; Yoon, Y. J.; Shin, T. J.; Youn, H. S.; Gho, Y. S.; Lee, S. J. Microsc. Res. Tech. 2008, 71, 639
30. Li, W.; Wang, N.; Chen, J.; Liu, G.; Pan, Z.; Guan, Y.; Yang, Y.; Wu, W.; Tian, J.; Wei, S.; Wu, Z.; Tian, Y.; Guo, L. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 053108
31. Wang, J.; Chen, Y.-c. K.; Yuan, Q.; Tkachuk, A.; Erdonmez, C.; Hornberger, B.; Feser, M. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 143107
32. Yuan, Q.; Zhang, K.; Hong, Y.; Huang, W.; Gao, K.; Wang, Z.; Zhu, P.; Gelb, J.; Tkachuk, A.; Hornberger, B.; Feser, M.; Yun, W.; Wu, Z. J. Synchrotron Radiat. 2012, 19, 1021
33. Nelson, J.; Misra, S.; Yang, Y.; Jackson, A.; Liu, Y.; Wang, H.; Dai, H.; Andrews, J. C.; Cui, Y.; Toney, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6337
34. Boesenberg, U.; Meirer, F.; Liu, Y.; Shukla, A. K.; DellAnna, R.; Tyliszczak, T.; Chen, G.; Andrews, J. C.; Richardson, T. J.; Kostecki, R.; Cabana, J. Chem. Mater. 2013, 25, 1664
35. Chen, W.-C.; Song, Y.-F.; Wang, C.-C.; Liu, Y.; Morris, D. T.; Pianetta, P. A.; Andrews, J. C.; Wu, H.-C.; Wu, N.-L. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 10847
36. Meirer, F.; Cabana, J.; Liu, Y.; Mehta, A.; Andrews, J. C.; Pianetta, P. J. Synchrotron Radiat. 2011, 18, 773
37. Wang, J.; Chen-Wiegart, Y.-c. K.; Wang, J. Chem. Commun. 2013, 49, 6480
38. Nam, K.-W.; Bak, S.-M.; Hu, E.; Yu, X.; Zhou, Y.; Wang, X.; Wu, L.; Zhu, Y.; Chung, K.-Y.; Yang, X.-Q. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1047
39. Cabana, J.; Casas-Cabanas, M.; Omenya, F. O.; Chernova, N. A.; Zeng, D.; Whittingham, M. S.; Grey, C. P. Chem. Mater. 2012, 24, 2952
40. Kang, S. H.; Kempgens, P.; Greenbaum, S.; Kropf, A. J.; Amine, K.; Thackeray, M. M. J. Mater. Chem. 2007, 17, 2069
41. Ito, A.; Sato, Y.; Sanada, T.; Hatano, M.; Horie, H.; Ohsawa, Y. J. Power Sources 2011, 196, 6828
42. Ates, M. N.; Mukerjee, S.; Abraham, K. M. J. Electrochem. Soc. 2014, 161, A355
43. Croft, M.; Sills, D.; Greenblatt, M.; Lee, C.; Cheong, S. W.; Ramanujachary, K. V.; Tran, D. Phys. Rev. B 1997, 55, 8726
44. Sun, Y. K.; Kim, M. G.; Kang, S. H.; Amine, K. J. Mater. Chem. 2003, 13, 319
45. Karan, N. K.; Balasubramanian, M.; Abraham, D. P.; Furczon, M. M.; Pradhan, D. K.; Saavedra-Arias, J. J.; Thomas, R.; Katiyar, R. S. J. Power Sources 2009, 187, 586
46. Wei, Y.; Nam, K. W.; Kim, K. B.; Chen, G. Solid State Ionics 2006, 177, 29
47. Zhan, C.; Lu, J.; Kropf, A. J.; Wu, T.; Jansen, A. N.; Sun, W.-K.; Qiu, X.; Amine, K. Nat. Commun. 2013, 4, 2437
48. Koga, H.; Croguennec, L.; Ménétrier, M.; Douhil, K.; Belin, S.; Bourgeois, L.; Suard, E.; Weill, F.; Delmas, C. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A786
49. Falconer, K. Fractal Geometry: Mathematical Foundations and Applications; Wiley: New York, 2003.
50. Rau, C.; Somogyi, A.; Simionovici, A. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 2003, 200, 444
51. Nelson, G. J.; Harris, W. M.; Izzo, J. R., Jr.; Grew, K. N.; Chiu, W. K. S.; Chu, Y. S.; Yi, J.; Andrews, J. C.; Liu, Y.; Pianetta, P. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 173109
52. Guttmann, P.; Bittencourt, C.; Rehbein, S.; Umek, P.; Ke, X.; Van Tendeloo, G.; Ewels, C. P.; Schneider, G. Nat. Photonics 2012, 6, 25
53. Liu, Y.; Meirer, F.; Wang, J.; Requena, G.; Williams, P.; Nelson, J.; Mehta, A.; Andrews, J. C.; Pianetta, P. Anal. Bioanal. Chem. 2012, 404, 1297
54. Kao, T. L.; Shi, C. Y.; Wang, J.; Mao, W. L.; Liu, Y.; Yang, W. Microsc. Res. Tech. 2013, 76, 1112
55. Wang, F.; Yu, H.-C.; Chen, M.-H.; Wu, L.; Pereira, N.; Thornton, K.; Ven, A. V.; Zhu, Y.; Amatucci, G. G.; Graetz, J. Nat. Commun. 2012, 3, 1201
56. Gu, M.; Belharouak, I.; Genc, A.; Wang, Z.; Wang, D.; Amine, K.; Gao, F.; Zhou, G.; Suntharampillai, T.; Baer, D. R.; Zhang, J.-G.; Browning, N. D.; Liu, J.; Wang, C. Nano Lett. 2012, 12, 5186
57. Koga, H.; Croguennec, L.; Ménétrier, M.; Mannessiez, P.; Weill, F.; Delmas, C. J. Power Sources 2013, 236, 250