Skip to main content
Erschienen in: Journal of Electronic Materials 9/2021

11.05.2021 | Topical Collection: Carbon-Based Materials for Energy Storage

Carbon Nanotube Supported Li-Excess Cation-Disordered Li1.24Fe0.38Ti0.38O2 Cathode with Enhanced Lithium-Ion Storage Performance

verfasst von: Yinlin Shen, Yuman Yang, Jiajia Li, Meng Yang, Xiangyu Zhao, Xiaodong Shen

Erschienen in: Journal of Electronic Materials | Ausgabe 9/2021

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The use of Li-excess approach can achieve efficient lithium ion storage of cation-disordered rock-salt cathode materials. However, their application is limited by poor intrinsic electronic conductivity and insufficient Li-ion diffusion. Herein, a carbon nanotube is incorporated in the Li-excess Li1.24Fe0.38Ti0.38O2 cathode material, resulting in the formation of refined Li1.24Fe0.38Ti0.38O2 nanoparticles that are well loaded in a continuous conductive network. This facilitates the charge transfer and ion diffusion in the cathode. The as-prepared Li1.24Fe0.38Ti0.38O2/carbon nanotube (LFT/CNT) cathode, therefore, delivers significantly enhanced rate capability with a reversible capacity of 108 mAh g−1 after 200 cycles at 1 C compared to 36 mAh g−1 of the as-prepared LFT cathode. The result of ex situ x-ray diffraction demonstrates the reversible and small lattice volume change of the LFT/CNT cathode during cycling.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat R.A. House, L. Jin, U. Maitra, K. Tsuruta, J.W. Somerville, D.P. Förstermann, F. Massel, L. Duda, M.R. Roberts, and P.G. Bruce, Energy Environ. Sci. 11, 926 (2018).CrossRef R.A. House, L. Jin, U. Maitra, K. Tsuruta, J.W. Somerville, D.P. Förstermann, F. Massel, L. Duda, M.R. Roberts, and P.G. Bruce, Energy Environ. Sci. 11, 926 (2018).CrossRef
3.
Zurück zum Zitat P.E. Pearce, A.J. Perez, G. Rousse, M. Saubanere, D. Batuk, D. Foix, E. McCalla, A.M. Abakumov, G.V. Tendeloo, M.L. Doublet, and J.M. Tarascon, Nat. Mater. 16, 580 (2017).CrossRef P.E. Pearce, A.J. Perez, G. Rousse, M. Saubanere, D. Batuk, D. Foix, E. McCalla, A.M. Abakumov, G.V. Tendeloo, M.L. Doublet, and J.M. Tarascon, Nat. Mater. 16, 580 (2017).CrossRef
4.
Zurück zum Zitat H. Liu, X.B. Cheng, Z. Jin, R. Zhang, G. Wang, L.Q. Chen, Q.B. Liu, J.Q. Huang, and Q. Zhang, Energy Chem. 1, 100003 (2019).CrossRef H. Liu, X.B. Cheng, Z. Jin, R. Zhang, G. Wang, L.Q. Chen, Q.B. Liu, J.Q. Huang, and Q. Zhang, Energy Chem. 1, 100003 (2019).CrossRef
5.
Zurück zum Zitat M. Yan, W.P. Wang, Y.X. Yin, L.J. Wan, and Y.G. Guo, Energy Chem 1, 100003 (2019).CrossRef M. Yan, W.P. Wang, Y.X. Yin, L.J. Wan, and Y.G. Guo, Energy Chem 1, 100003 (2019).CrossRef
6.
Zurück zum Zitat X. Zhao, Z. Zhao-Karger, M. Fichtner, and X. Shen, Angew. Chem. Int. Ed. 59, 5902 (2020).CrossRef X. Zhao, Z. Zhao-Karger, M. Fichtner, and X. Shen, Angew. Chem. Int. Ed. 59, 5902 (2020).CrossRef
7.
Zurück zum Zitat J. Li, H. Zhang, L. Luo, H. Li, J. He, H. Zu, L. Liu, H. Liu, F. Wang, and J. Song, J. Mater. Chem. A 9, 2205 (2020).CrossRef J. Li, H. Zhang, L. Luo, H. Li, J. He, H. Zu, L. Liu, H. Liu, F. Wang, and J. Song, J. Mater. Chem. A 9, 2205 (2020).CrossRef
8.
Zurück zum Zitat X. Yang, H. Zu, L. Luo, H. Zhang, J. Li, X. Yi, H. Liu, F. Wang, and J. Song, J. Alloys Compd. 833, 154969 (2020).CrossRef X. Yang, H. Zu, L. Luo, H. Zhang, J. Li, X. Yi, H. Liu, F. Wang, and J. Song, J. Alloys Compd. 833, 154969 (2020).CrossRef
9.
Zurück zum Zitat D. Morgan, A.V. Ven, and G. Ceder, Electrochem. Solid State Lett. 7, A30 (2004).CrossRef D. Morgan, A.V. Ven, and G. Ceder, Electrochem. Solid State Lett. 7, A30 (2004).CrossRef
10.
Zurück zum Zitat A.V. Ven, J. Bhattacharya, and A.A. Belak, Accounts Chem. Res. 46, 1216 (2013).CrossRef A.V. Ven, J. Bhattacharya, and A.A. Belak, Accounts Chem. Res. 46, 1216 (2013).CrossRef
11.
Zurück zum Zitat M.M. Thackeray, P.J. Johnson, and L.A. Picciotto, Mater. Res. Bull. 19, 179 (1984).CrossRef M.M. Thackeray, P.J. Johnson, and L.A. Picciotto, Mater. Res. Bull. 19, 179 (1984).CrossRef
12.
Zurück zum Zitat J. Wang, X. He, E. Paillard, N. Laszczynski, J. Li, and S. Passerini, Adv. Energy Mater. 6, 1600906 (2016).CrossRef J. Wang, X. He, E. Paillard, N. Laszczynski, J. Li, and S. Passerini, Adv. Energy Mater. 6, 1600906 (2016).CrossRef
13.
Zurück zum Zitat S. Abarna, R.S. Periathai, R.P. Vengatesh, and N. Prithivikumaran, J. Electron. Mater. 49, 6622 (2020).CrossRef S. Abarna, R.S. Periathai, R.P. Vengatesh, and N. Prithivikumaran, J. Electron. Mater. 49, 6622 (2020).CrossRef
14.
Zurück zum Zitat C. Delmas, S. Brethes, and M. Menetrier, J. Power Sources 34, 113 (1991).CrossRef C. Delmas, S. Brethes, and M. Menetrier, J. Power Sources 34, 113 (1991).CrossRef
15.
16.
Zurück zum Zitat A.U. Jinhyuk Lee, X. Li, D. Su, G. Hautier, and G. Ceder, Science 343, 519 (2014).CrossRef A.U. Jinhyuk Lee, X. Li, D. Su, G. Hautier, and G. Ceder, Science 343, 519 (2014).CrossRef
17.
Zurück zum Zitat A. Urban, J. Lee, and G. Ceder, Adv. Energy Mater. 4, 1400478 (2014).CrossRef A. Urban, J. Lee, and G. Ceder, Adv. Energy Mater. 4, 1400478 (2014).CrossRef
18.
Zurück zum Zitat S.L. Glazier, J. Li, J. Zhou, T. Bond, and J.R. Dahn, Chem. Mater. 27, 7751 (2015).CrossRef S.L. Glazier, J. Li, J. Zhou, T. Bond, and J.R. Dahn, Chem. Mater. 27, 7751 (2015).CrossRef
19.
Zurück zum Zitat M. Tabuchi, A. Nakashima, H. Shigemura, K. Ado, H. Kobayashi, H. Sakaebe, K. Tatsumi, H. Kageyama, T. Nakamura, and R. Kanno, J. Mater. Chem. 13, 1747 (2003).CrossRef M. Tabuchi, A. Nakashima, H. Shigemura, K. Ado, H. Kobayashi, H. Sakaebe, K. Tatsumi, H. Kageyama, T. Nakamura, and R. Kanno, J. Mater. Chem. 13, 1747 (2003).CrossRef
20.
Zurück zum Zitat B. Li, N. Jiang, W. Huang, H. Yan, Y. Zuo, and D. Xia, Adv. Funct. Mater. 28, 1704864 (2018).CrossRef B. Li, N. Jiang, W. Huang, H. Yan, Y. Zuo, and D. Xia, Adv. Funct. Mater. 28, 1704864 (2018).CrossRef
21.
Zurück zum Zitat M.T. Shigemura, H. Sakaebe, H. Kobayashi, and H. Kageyama, J. Electrochem. Soc. 150, A638 (2003).CrossRef M.T. Shigemura, H. Sakaebe, H. Kobayashi, and H. Kageyama, J. Electrochem. Soc. 150, A638 (2003).CrossRef
22.
Zurück zum Zitat J. Lee, D.H. Seo, M. Balasubramanian, N. Twu, X. Li, and G. Ceder, Energy Environ. Sci. 8, 3255 (2015).CrossRef J. Lee, D.H. Seo, M. Balasubramanian, N. Twu, X. Li, and G. Ceder, Energy Environ. Sci. 8, 3255 (2015).CrossRef
23.
Zurück zum Zitat X. Wang, W. Huang, S. Tao, H. Xie, C. Wu, Z. Yu, X. Su, J. Qi, Z. Rehman, L. Song, G. Zhang, W. Chu, and S. Wei, J. Power Sources 359, 270 (2017).CrossRef X. Wang, W. Huang, S. Tao, H. Xie, C. Wu, Z. Yu, X. Su, J. Qi, Z. Rehman, L. Song, G. Zhang, W. Chu, and S. Wei, J. Power Sources 359, 270 (2017).CrossRef
24.
Zurück zum Zitat R.J. Clément, Z. Lun, and G. Ceder, Energy Environ. Sci. 13, 345 (2020).CrossRef R.J. Clément, Z. Lun, and G. Ceder, Energy Environ. Sci. 13, 345 (2020).CrossRef
25.
Zurück zum Zitat E. Zhao, L. He, B. Wang, X. Li, J. Zhang, Y. Wu, J. Chen, S. Zhang, T. Liang, Y. Chen, X. Yu, H. Li, L. Chen, X. Huang, H. Chen, and F. Wang, Energy Storage Mater. 16, 354 (2019).CrossRef E. Zhao, L. He, B. Wang, X. Li, J. Zhang, Y. Wu, J. Chen, S. Zhang, T. Liang, Y. Chen, X. Yu, H. Li, L. Chen, X. Huang, H. Chen, and F. Wang, Energy Storage Mater. 16, 354 (2019).CrossRef
26.
Zurück zum Zitat M. Küzma, R. Dominko, A. Meden, D. Makovec, M. Bele, J. Jamnik, and M. Gaberšček, J. Power Sources 189, 81 (2009).CrossRef M. Küzma, R. Dominko, A. Meden, D. Makovec, M. Bele, J. Jamnik, and M. Gaberšček, J. Power Sources 189, 81 (2009).CrossRef
27.
Zurück zum Zitat R.D. Kuezm, D. Hanžel, A. Kodre, I. Arčon, A. Meden, and M. Gaberšček, J. Electrochem. Soc. 156, A809 (2009).CrossRef R.D. Kuezm, D. Hanžel, A. Kodre, I. Arčon, A. Meden, and M. Gaberšček, J. Electrochem. Soc. 156, A809 (2009).CrossRef
28.
Zurück zum Zitat M. Yang, X. Zhao, C. Yao, Y. Kong, L. Ma, and X. Shen, Mater. Technol. 31, 537 (2016).CrossRef M. Yang, X. Zhao, C. Yao, Y. Kong, L. Ma, and X. Shen, Mater. Technol. 31, 537 (2016).CrossRef
29.
Zurück zum Zitat M. Yang, J. Jin, Y. Shen, S. Sun, X. Zhao, X. Shen, and A.C.S. Appl, Mater. Inter. 11, 44144 (2019).CrossRef M. Yang, J. Jin, Y. Shen, S. Sun, X. Zhao, X. Shen, and A.C.S. Appl, Mater. Inter. 11, 44144 (2019).CrossRef
30.
Zurück zum Zitat Y. Chen, X. Hu, B. Evanko, X. Sun, X. Li, T. Hou, S. Cai, C. Zheng, W. Hu, and G.D. Stucky, Nano Energy 46, 117 (2018).CrossRef Y. Chen, X. Hu, B. Evanko, X. Sun, X. Li, T. Hou, S. Cai, C. Zheng, W. Hu, and G.D. Stucky, Nano Energy 46, 117 (2018).CrossRef
31.
Zurück zum Zitat X. Zhao, Z. Zhao, M. Yang, H. Xia, T. Yu, X. Shen, and A.C.S. Appl, Mater. Inter. 9, 2535 (2017).CrossRef X. Zhao, Z. Zhao, M. Yang, H. Xia, T. Yu, X. Shen, and A.C.S. Appl, Mater. Inter. 9, 2535 (2017).CrossRef
32.
Zurück zum Zitat Z. Zhao, T. Yu, Y. Miao, and X. Zhao, Electrochim. Acta 270, 30 (2018).CrossRef Z. Zhao, T. Yu, Y. Miao, and X. Zhao, Electrochim. Acta 270, 30 (2018).CrossRef
33.
Zurück zum Zitat Z. Yao, X. Xia, C. Zhou, Y. Zhong, Y. Wang, S. Deng, W. Wang, X. Wang, and J. Tu, Adv. Sci. 5, 1700786 (2018).CrossRef Z. Yao, X. Xia, C. Zhou, Y. Zhong, Y. Wang, S. Deng, W. Wang, X. Wang, and J. Tu, Adv. Sci. 5, 1700786 (2018).CrossRef
34.
Zurück zum Zitat Z. Yao, X. Xia, Y. Zhong, Y. Wang, B. Zhang, D. Xie, X. Wang, J. Tu, and Y. Huang, J. Mater. Chem. A 5, 8916 (2017).CrossRef Z. Yao, X. Xia, Y. Zhong, Y. Wang, B. Zhang, D. Xie, X. Wang, J. Tu, and Y. Huang, J. Mater. Chem. A 5, 8916 (2017).CrossRef
35.
Zurück zum Zitat B. Lesiak, L. Kövér, J. Tóth, J. Zemek, P. Jiricek, A. Kromka, and N. Rangam, Appl. Surf. Sci. 452, 223 (2018).CrossRef B. Lesiak, L. Kövér, J. Tóth, J. Zemek, P. Jiricek, A. Kromka, and N. Rangam, Appl. Surf. Sci. 452, 223 (2018).CrossRef
36.
Zurück zum Zitat J. Lee, J.K. Papp, R.J. Clement, S. Sallis, D.H. Kwon, T. Shi, W. Yang, B.D. McCloskey, and G. Ceder, Nat. Commun. 8, 981 (2017).CrossRef J. Lee, J.K. Papp, R.J. Clement, S. Sallis, D.H. Kwon, T. Shi, W. Yang, B.D. McCloskey, and G. Ceder, Nat. Commun. 8, 981 (2017).CrossRef
37.
Zurück zum Zitat B. Qiu, M. Zhang, L. Wu, J. Wang, Y. Xia, D. Qian, H. Liu, S. Hy, Y. Chen, K. An, Y. Zhu, Z. Liu, and Y.S. Meng, Nat. Commun. 7, 12108 (2016).CrossRef B. Qiu, M. Zhang, L. Wu, J. Wang, Y. Xia, D. Qian, H. Liu, S. Hy, Y. Chen, K. An, Y. Zhu, Z. Liu, and Y.S. Meng, Nat. Commun. 7, 12108 (2016).CrossRef
38.
Zurück zum Zitat R. Chen, R. Witte, R. Heinzmann, S. Ren, S. Mangold, H. Hahn, R. Hempelmann, H. Ehrenberg, and S. Indris, Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 7695 (2016).CrossRef R. Chen, R. Witte, R. Heinzmann, S. Ren, S. Mangold, H. Hahn, R. Hempelmann, H. Ehrenberg, and S. Indris, Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 7695 (2016).CrossRef
39.
Zurück zum Zitat M. Yang, X. Zhao, Y. Bian, L. Ma, Y. Ding, and X. Shen, J. Mater. Chem. 22, 6200 (2012).CrossRef M. Yang, X. Zhao, Y. Bian, L. Ma, Y. Ding, and X. Shen, J. Mater. Chem. 22, 6200 (2012).CrossRef
40.
Zurück zum Zitat S.R.S. Prabaharan, M.S. Michael, H. Ikuta, Y. Uchimoto, and M. Wakihar, Solid State Ionics 172, 39 (2004).CrossRef S.R.S. Prabaharan, M.S. Michael, H. Ikuta, Y. Uchimoto, and M. Wakihar, Solid State Ionics 172, 39 (2004).CrossRef
41.
Zurück zum Zitat Y. Liu, S. Zheng, H. Wan, A. Dou, D. Chu, and M. Su, J. Alloys Compd. 728, 659 (2017).CrossRef Y. Liu, S. Zheng, H. Wan, A. Dou, D. Chu, and M. Su, J. Alloys Compd. 728, 659 (2017).CrossRef
Metadaten
Titel
Carbon Nanotube Supported Li-Excess Cation-Disordered Li1.24Fe0.38Ti0.38O2 Cathode with Enhanced Lithium-Ion Storage Performance
verfasst von
Yinlin Shen
Yuman Yang
Jiajia Li
Meng Yang
Xiangyu Zhao
Xiaodong Shen
Publikationsdatum
11.05.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Electronic Materials / Ausgabe 9/2021
Print ISSN: 0361-5235
Elektronische ISSN: 1543-186X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11664-021-08975-9

Weitere Artikel der Ausgabe 9/2021

Journal of Electronic Materials 9/2021 Zur Ausgabe

Topical Collection: Carbon-Based Materials for Energy Storage

N-Doped NiO Nanosheet Arrays as Efficient Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction

Topical Collection: Carbon-Based Materials for Energy Storage

Graphene for Thermal Storage Applications: Characterization, Simulation and Modelling

Neuer Inhalt