Tuning cation ordering and Mn3+ content in non-stoichiometric LiNi0.5-Mn1.5+O4- (LNMO) for enhanced cathode stability in lithium-ion batteries
Julkaisuvuosi
2026
Tekijät
Lin, Yan; Tynjälä, Pekka; Wang, Shubo; Peta, Gayathri; Mo, Hesu; Wu, Zhengying; Ma, Ruguang; Aurbach, Doron; Hu, Tao; Lassi, Ulla
Abstrakti:
Rapidly increasing demand for high-energy, long-cycle-life lithium-ion batteries (LIBs), particularly in electric vehicles and grid-scale applications, has highlighted the need for advanced cathode materials. High-voltage LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) has attracted considerable attention owing to its elevated working potential, reduced reliance on nickel, and cobalt-free composition. In this work, a scalable co-precipitation method is employed to synthesize non-stoichiometry LNMO cathodes with varying particle size, enabling precise control over particle morphology, cation ordering and Mn3+ content. Comprehensive structural and electrochemical evaluations reveal that reducing the Ni content in LNMO elevates the Mn3+ concentration and promotes the degree if cation disorder, which facilitates a single-phase, solid-solution reaction mechanism during lithiation and de-lithiation. In such a mechanism, Li+ are inserted and extracted uniformly throughout the material without the formation of distinct phase boundaries, thereby significantly reducing kinetic barriers and polarization. Furthermore, although Mn3+ typically induces local Jahn-Teller distortions, in a highly disordered lattice these distortions are more uniformly distributed, which minimizes local stress accumulation and enhances structural stability during cycling. This uniform distribution not only supports rapid Li+ diffusion through continuous and well-connected pathways but also improves electronic conductivity by optimizing the local electronic structure. Consequently, LNMO with the highest cation disorder and Mn3+ content, exhibits superior electrochemical performance, delivering 119.6 mAh·g−1 at 2C, retaining 70.3 % of its capacity after 1000 cycles and demonstrating the best kinetics among the samples.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli:
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti/Sarja
Kustantaja
Volyymi
141
Numero
Pt A
Artikkelinumero
119200
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
2
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Osittain avoin julkaisukanava
Kustantajan version lisenssi
CC BY
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Rinnakkaistallenteen lisenssi
CC BY
Muut tiedot
Tieteenalat
Kemia
Tunnistettu aihe
[object Object]
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1016/j.est.2025.119200
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä