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Electrochemical behavior of Bi 4 B 2 O 9 towards lithium-reversible conversion reactions without nanosizing

Authors :
Robert Dominko
Goran Dražić
Jean-Marie Tarascon
Dmitry Batuk
Mingxue Tang
Gwenaëlle Rousse
Elodie Salager
Florian Strauss
Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie
Chimie du solide et de l'énergie (CSE)
Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Universiteit Antwerpen = University of Antwerpen [Antwerpen]
Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI)
Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
National Institute of Chemistry
Chaire Chimie du solide et énergie
Universiteit Antwerpen [Antwerpen]
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Source :
Physical Chemistry Chemical Physics, Physical Chemistry Chemical Physics, 2018, 20 (4), pp.2330-2338. ⟨10.1039/C7CP07693B⟩, Physical chemistry, chemical physics, Physical Chemistry Chemical Physics, Royal Society of Chemistry, 2018, 20 (4), pp.2330-2338. ⟨10.1039/C7CP07693B⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

International audience; Conversion type materials, in particular metal fluorides, have emerged as attractive candidates for positive electrodes in next generation Li-ion batteries (LIBs). However, their practical use is being hindered by issues related to reversibility and large polarization. To minimize these issues, a few approaches enlisting the anionic network have been considered. We herein report the electrochemical properties of bismuth oxyborate Bi4B2O9 and show that this compound reacts with lithium via a conversion reaction leading to a sustained capacity of 140 mA h g−1 when cycled between 1.7 and 3.5 V vs. Li+/Li0 while having a surprisingly small polarization (∼300 mV) in the presence of solely 5% in weight of a carbon additive. These observations are rationalized in terms of charge transfer kinetics via complementary XRD, HRTEM and NMR measurements. This finding demonstrates that borate based conversion type materials display rapid charge transfer with limited carbon additives, hence offering a new strategy to improve their overall cycling efficiency.

Details

Language :
English
ISSN :
14639076 and 14639084
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Chemistry Chemical Physics, Physical Chemistry Chemical Physics, 2018, 20 (4), pp.2330-2338. ⟨10.1039/C7CP07693B⟩, Physical chemistry, chemical physics, Physical Chemistry Chemical Physics, Royal Society of Chemistry, 2018, 20 (4), pp.2330-2338. ⟨10.1039/C7CP07693B⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d55b5915d2d70002e6bdcfc44a736192