Secondary-Phase Formation in Spinel-Type LiMn2O4-Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries: Quantifying Trace Amounts of Li2MnO3 by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy


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Spinel-type lithium manganese oxides are considered as promising cathode materials for lithium-ion batteries. Trace amounts of Li2MnO3 usually occur as a secondary phase in lithium-manganese spinels in the common high-temperature, solid-state synthesis, affecting the overall Li–Mn stoichiometry in the spinel phase and thereby the electrochemical performance. However, the formation of Li2MnO3 lower than 1 wt.% can hardly be quantified by the conventional analytical techniques. In this work, we synthesized lithium-manganese spinels with different Li/Mn molar ratios and demonstrate that electron paramagnetic resonance (EPR) enables quantifying trace amounts of Li2MnO3 below 10−2 wt.% in the synthesized products. The results reveal that the formation of Li2MnO3 secondary phase is favored by lithium excess in the synthesis. Based on the quantitative evaluation of the EPR data, precise determining Li–Mn stoichiometry in the spinel phase in Li1+xMn2−xO4 materials can be assessed. Accordingly, it is possible to estimate the amount of lithium on 16d-sites in the Li-rich manganese spinels.

作者简介

Ruoheng Sun

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie); Institut für Physikalische Chemie, RWTH Aachen University

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德国, Forschungszentrum Jülich, Jülich, 52425; Aachen, 52074

Peter Jakes

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie)

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德国, Forschungszentrum Jülich, Jülich, 52425

Svitlana Eurich

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie)

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Désirée van Holt

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie)

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Shuo Yang

Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen University

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Melanie Homberger

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Ulrich Simon

Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen University

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Hans Kungl

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie)

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Rüdiger-A. Eichel

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie); Institut für Physikalische Chemie, RWTH Aachen University

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