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In situ neutron diffraction to investigate the solid-state synthesis of Ni-rich cathode materials

Titelangaben

Goonetilleke, Damian ; Suard, Emmanuelle ; Bergner, Benjamin ; Janek, Jürgen ; Brezesinski, Torsten ; Bianchini, Matteo:
In situ neutron diffraction to investigate the solid-state synthesis of Ni-rich cathode materials.
In: Journal of Applied Crystallography. Bd. 56 (2023) Heft 4 . - S. 1066-1075.
ISSN 1600-5767
DOI: https://doi.org/10.1107/S1600576723004909

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Abstract

Studying chemical reactions in real time can provide unparalleled insight into the evolution of intermediate species and can provide guidance to optimize the reaction conditions. For solid-state synthesis reactions, powder diffraction has been demonstrated as an effective tool for resolving the structural evolution taking place upon heating. The synthesis of layered Ni-rich transition-metal oxides at a large scale (grams to kilograms) is highly relevant as these materials are commonly employed as cathodes for Li-ion batteries. In this work, ıt in situ neutron diffraction was used to monitor the reaction mechanism during the high-temperature synthesis of Ni-rich cathode materials with a varying ratio of Ni:Mn from industrially relevant hydroxide precursors. Rietveld refinement was further used to model the observed phase evolution during synthesis and compare the behaviour of the materials as a function of temperature. The results presented herein confirm the suitability of ıt in situ neutron diffraction to investigate the synthesis of batches of several grams of electrode materials with well-controlled stoichiometry. Furthermore, monitoring the structural evolution of the mixtures with varying Ni:Mn content in real time reveals a delayed onset of li\-thia\-tion as the Mn content is increased, necessitating the use of higher annealing temperatures to achieve layering.

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Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: in situ neutron diffraction; synthesis; cathodes; Ni rich; solid state; high annealing temperatures; Rietveld refinement; lithiation
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher > Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr. Matteo Bianchini
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Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Eingestellt am: 14 Okt 2023 21:01
Letzte Änderung: 22 Jan 2024 12:13
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/87201