Published June 9, 2023 | Version v1
Publication Open

Building Better Full Manganese-Based Cathode Materials for Next-Generation Lithium-Ion Batteries

Description

Abstract Lithium-manganese-oxides have been exploited as promising cathode materials for many years due to their environmental friendliness, resource abundance and low biotoxicity. Nevertheless, inevitable problems, such as Jahn-Teller distortion, manganese dissolution and phase transition, still frustrate researchers; thus, progress in full manganese-based cathode materials (FMCMs) has been relatively slow and limited in recent decades. Recently, with the fast growth of vehicle electrification and large-scale energy-storage grids, there has been an urgent demand to develop novel FMCMs again; actually, new waves of research based on FMCMs are being created. Herein, we systematically review the history of FMCMs, correctly describe their structures, evaluate the advantages and challenges, and discuss the resolution strategies and latest developments. Additionally, beyond FMCMs, a profound discussion of current controversial issues, such as oxygen redox reaction, voltage decay and voltage hysteresis in Li 2 MnO 3 -based cathode materials, is also presented. This review summarizes the effectively optimized approaches and offers a few new possible enhancement methods from the perspective of the electronic-coordination-crystal structure for building better FMCMs for next-generation lithium-ion batteries. Graphical Abstract

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم استغلال أكاسيد الليثيوم والمنغنيز المجردة كمواد واعدة للكاثود لسنوات عديدة بسبب ملاءمتها للبيئة ووفرة الموارد وانخفاض السمية الحيوية. ومع ذلك، لا تزال المشاكل الحتمية، مثل تشويه Jahn - Teller، وحل المنغنيز وانتقال الطور، تحبط الباحثين ؛ وبالتالي، كان التقدم في مواد الكاثود الكاملة القائمة على المنغنيز (FMCMs) بطيئًا ومحدودًا نسبيًا في العقود الأخيرة. في الآونة الأخيرة، مع النمو السريع لكهربة المركبات وشبكات تخزين الطاقة على نطاق واسع، كان هناك طلب عاجل على تطوير تقنيات جديدة في مجال تصنيع المواد الانشطارية مرة أخرى ؛ في الواقع، يتم إنشاء موجات جديدة من البحوث القائمة على تقنيات تصنيع المواد الانشطارية. هنا، نراجع بشكل منهجي تاريخ هذه الوسائل، ونصف هياكلها بشكل صحيح، ونقيم المزايا والتحديات، ونناقش استراتيجيات الحل وآخر التطورات. بالإضافة إلى ذلك، بالإضافة إلى FMCMs، يتم أيضًا تقديم مناقشة عميقة للقضايا المثيرة للجدل الحالية، مثل تفاعل الأكسجين والاختزال وتسوس الجهد وتباطؤ الجهد في مواد الكاثود القائمة على Li 2 MnO 3. تلخص هذه المراجعة الأساليب المحسنة بشكل فعال وتقدم بعض طرق التحسين الجديدة الممكنة من منظور البنية الكريستالية للتنسيق الإلكتروني لبناء وحدات مراقبة المواد الانشطارية بشكل أفضل للجيل التالي من بطاريات الليثيوم أيون. الملخص البياني

Translated Description (French)

Résumé Les oxydes de lithium-manganèse sont exploités comme matériaux cathodiques prometteurs depuis de nombreuses années en raison de leur respect de l'environnement, de l'abondance de leurs ressources et de leur faible biotoxicité. Néanmoins, des problèmes inévitables, tels que la distorsion de Jahn-Teller, la dissolution du manganèse et la transition de phase, frustrent toujours les chercheurs ; ainsi, les progrès dans les matériaux cathodiques à base de manganèse (FMCM) ont été relativement lents et limités au cours des dernières décennies. Récemment, avec la croissance rapide de l'électrification des véhicules et des réseaux de stockage d'énergie à grande échelle, il y a eu une demande urgente de développer à nouveau de nouvelles FMCM ; en fait, de nouvelles vagues de recherche basées sur les FMCM sont en train de se créer. Ici, nous examinons systématiquement l'histoire des FMCM, décrivons correctement leurs structures, évaluons les avantages et les défis, et discutons des stratégies de résolution et des derniers développements. En outre, au-delà des FMCM, une discussion approfondie sur les questions controversées actuelles, telles que la réaction d'oxydo-réduction de l'oxygène, la décroissance de la tension et l'hystérésis de la tension dans les matériaux cathodiques à base de Li 2 MnO 3, est également présentée. Cette revue résume les approches efficacement optimisées et propose quelques nouvelles méthodes d'amélioration possibles du point de vue de la structure de coordination électronique-cristal pour construire de meilleurs FMCM pour les batteries lithium-ion de prochaine génération. Résumé graphique

Translated Description (Spanish)

Resumen Los óxidos de litio-manganeso se han explotado como materiales catódicos prometedores durante muchos años debido a su respeto por el medio ambiente, la abundancia de recursos y la baja biotoxicidad. Sin embargo, los problemas inevitables, como la distorsión de Jahn-Teller, la disolución del manganeso y la transición de fase, todavía frustran a los investigadores; por lo tanto, el progreso en los materiales catódicos completos a base de manganeso (FMCM) ha sido relativamente lento y limitado en las últimas décadas. Recientemente, con el rápido crecimiento de la electrificación de vehículos y las redes de almacenamiento de energía a gran escala, ha habido una demanda urgente de desarrollar nuevos FMCM; en realidad, se están creando nuevas oleadas de investigación basadas en FMCM. En este documento, revisamos sistemáticamente la historia de los FMCM, describimos correctamente sus estructuras, evaluamos las ventajas y desafíos, y discutimos las estrategias de resolución y los últimos desarrollos. Además, más allá de los FMCM, también se presenta una discusión profunda de temas controvertidos actuales, como la reacción redox de oxígeno, la disminución de voltaje y la histéresis de voltaje en materiales de cátodo basados en Li 2 MnO 3. Esta revisión resume los enfoques optimizados de manera efectiva y ofrece algunos nuevos métodos de mejora posibles desde la perspectiva de la estructura de cristal de coordinación electrónica para construir mejores FMCM para baterías de iones de litio de próxima generación.

Files

s41918-023-00184-8.pdf.pdf

Files (4.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:11cced586be4e0c4a6b1a99b5e736e43
4.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
بناء مواد كاثود أفضل قائمة على المنغنيز الكامل للجيل القادم من بطاريات ليثيوم أيون
Translated title (French)
Construire de meilleurs matériaux cathodiques à base de manganèse pour les batteries lithium-ion de nouvelle génération
Translated title (Spanish)
Construcción de mejores materiales de cátodos completos a base de manganeso para baterías de iones de litio de próxima generación

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4380087822
DOI
10.1007/s41918-023-00184-8

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1133299238
  • https://openalex.org/W1486541100
  • https://openalex.org/W1488867478
  • https://openalex.org/W1518897256
  • https://openalex.org/W1552426651
  • https://openalex.org/W1567141321
  • https://openalex.org/W1642303117
  • https://openalex.org/W1689212456
  • https://openalex.org/W1690087315
  • https://openalex.org/W1773022274
  • https://openalex.org/W1876358644
  • https://openalex.org/W1882164981
  • https://openalex.org/W1918046645
  • https://openalex.org/W1925279193
  • https://openalex.org/W1949231392
  • https://openalex.org/W1952569660
  • https://openalex.org/W1963986285
  • https://openalex.org/W1965118078
  • https://openalex.org/W1966828953
  • https://openalex.org/W1967723252
  • https://openalex.org/W1968641774
  • https://openalex.org/W1971627509
  • https://openalex.org/W1971672415
  • https://openalex.org/W1971985640
  • https://openalex.org/W1972510397
  • https://openalex.org/W1979675241
  • https://openalex.org/W1980498163
  • https://openalex.org/W1982926166
  • https://openalex.org/W1983020851
  • https://openalex.org/W1983860099
  • https://openalex.org/W1984413873
  • https://openalex.org/W1985013794
  • https://openalex.org/W1985442488
  • https://openalex.org/W1985786341
  • https://openalex.org/W1987019721
  • https://openalex.org/W1988648323
  • https://openalex.org/W1994945049
  • https://openalex.org/W1996209339
  • https://openalex.org/W1996922105
  • https://openalex.org/W1999564712
  • https://openalex.org/W1999818232
  • https://openalex.org/W2004565687
  • https://openalex.org/W2004731401
  • https://openalex.org/W2005132316
  • https://openalex.org/W2008305658
  • https://openalex.org/W2009801432
  • https://openalex.org/W2010631022
  • https://openalex.org/W2011794688
  • https://openalex.org/W2012573811
  • https://openalex.org/W2013911604
  • https://openalex.org/W2014079447
  • https://openalex.org/W2014378182
  • https://openalex.org/W2014613738
  • https://openalex.org/W2014824986
  • https://openalex.org/W2015614625
  • https://openalex.org/W2016835866
  • https://openalex.org/W2018468106
  • https://openalex.org/W2019857813
  • https://openalex.org/W2020980135
  • https://openalex.org/W2021044604
  • https://openalex.org/W2021172010
  • https://openalex.org/W2021327362
  • https://openalex.org/W2022197374
  • https://openalex.org/W2022360681
  • https://openalex.org/W2022551967
  • https://openalex.org/W2022694155
  • https://openalex.org/W2022822173
  • https://openalex.org/W2022981202
  • https://openalex.org/W2024565483
  • https://openalex.org/W2025031058
  • https://openalex.org/W2025197182
  • https://openalex.org/W2026001144
  • https://openalex.org/W2026900740
  • https://openalex.org/W2027360104
  • https://openalex.org/W2028583392
  • https://openalex.org/W2029422290
  • https://openalex.org/W2029772731
  • https://openalex.org/W2029800599
  • https://openalex.org/W2031267593
  • https://openalex.org/W2032196391
  • https://openalex.org/W2032299017
  • https://openalex.org/W2033535003
  • https://openalex.org/W2036360175
  • https://openalex.org/W2038817454
  • https://openalex.org/W2038889949
  • https://openalex.org/W2039528048
  • https://openalex.org/W2041773142
  • https://openalex.org/W2044833727
  • https://openalex.org/W2045615106
  • https://openalex.org/W2045758035
  • https://openalex.org/W2046102153
  • https://openalex.org/W2046950275
  • https://openalex.org/W2048289951
  • https://openalex.org/W2050148122
  • https://openalex.org/W2052202677
  • https://openalex.org/W2054410021
  • https://openalex.org/W2054673905
  • https://openalex.org/W2054892309
  • https://openalex.org/W2055631781
  • https://openalex.org/W2057627653
  • https://openalex.org/W2059991058
  • https://openalex.org/W2060142904
  • https://openalex.org/W2060200989
  • https://openalex.org/W2063558808
  • https://openalex.org/W2065077785
  • https://openalex.org/W2066262239
  • https://openalex.org/W2066397540
  • https://openalex.org/W2067940729
  • https://openalex.org/W2068051415
  • https://openalex.org/W2071355028
  • https://openalex.org/W2071405222
  • https://openalex.org/W2071559560
  • https://openalex.org/W2073116686
  • https://openalex.org/W2073439123
  • https://openalex.org/W2073873501
  • https://openalex.org/W2074315445
  • https://openalex.org/W2074682053
  • https://openalex.org/W2075496316
  • https://openalex.org/W2075636712
  • https://openalex.org/W2075999913
  • https://openalex.org/W2077224181
  • https://openalex.org/W2077493247
  • https://openalex.org/W2078211541
  • https://openalex.org/W2078216324
  • https://openalex.org/W2080445869
  • https://openalex.org/W2084494045
  • https://openalex.org/W2085048293
  • https://openalex.org/W2086091278
  • https://openalex.org/W2086126442
  • https://openalex.org/W2087401937
  • https://openalex.org/W2087778414
  • https://openalex.org/W2087943612
  • https://openalex.org/W2088061354
  • https://openalex.org/W2088111537
  • https://openalex.org/W2090804146
  • https://openalex.org/W2091231794
  • https://openalex.org/W2091441711
  • https://openalex.org/W2093223639
  • https://openalex.org/W2094740229
  • https://openalex.org/W2095805986
  • https://openalex.org/W2098584845
  • https://openalex.org/W2103565292
  • https://openalex.org/W2107692726
  • https://openalex.org/W2108266135
  • https://openalex.org/W2109124372
  • https://openalex.org/W2110960274
  • https://openalex.org/W2111286908
  • https://openalex.org/W2113437535
  • https://openalex.org/W2114306097
  • https://openalex.org/W2119493827
  • https://openalex.org/W2120803510
  • https://openalex.org/W2124019072
  • https://openalex.org/W2127031431
  • https://openalex.org/W2127656637
  • https://openalex.org/W2131228520
  • https://openalex.org/W2136119575
  • https://openalex.org/W2136822440
  • https://openalex.org/W2136936105
  • https://openalex.org/W2138111906
  • https://openalex.org/W2138285500
  • https://openalex.org/W2140371277
  • https://openalex.org/W2142745319
  • https://openalex.org/W2142987519
  • https://openalex.org/W2144537657
  • https://openalex.org/W2144808901
  • https://openalex.org/W2148046622
  • https://openalex.org/W2154232712
  • https://openalex.org/W2155709000
  • https://openalex.org/W2156452034
  • https://openalex.org/W2164098267
  • https://openalex.org/W2164158077
  • https://openalex.org/W2166710549
  • https://openalex.org/W2168031055
  • https://openalex.org/W2169030577
  • https://openalex.org/W2171921096
  • https://openalex.org/W2178611116
  • https://openalex.org/W2261135145
  • https://openalex.org/W2281190870
  • https://openalex.org/W2305154350
  • https://openalex.org/W2310280223
  • https://openalex.org/W2317163358
  • https://openalex.org/W2317746524
  • https://openalex.org/W2321634820
  • https://openalex.org/W2322644833
  • https://openalex.org/W2324192295
  • https://openalex.org/W2324233177
  • https://openalex.org/W2325045023
  • https://openalex.org/W2325410249
  • https://openalex.org/W2326501469
  • https://openalex.org/W2326804644
  • https://openalex.org/W2326931346
  • https://openalex.org/W2330774784
  • https://openalex.org/W2333131963
  • https://openalex.org/W2338055118
  • https://openalex.org/W2339930025
  • https://openalex.org/W2397591043
  • https://openalex.org/W2401405239
  • https://openalex.org/W2410171860
  • https://openalex.org/W2414421745
  • https://openalex.org/W2466722978
  • https://openalex.org/W2475497890
  • https://openalex.org/W2490102790
  • https://openalex.org/W2497143948
  • https://openalex.org/W2518079431
  • https://openalex.org/W2518597627
  • https://openalex.org/W2518921340
  • https://openalex.org/W2525081426
  • https://openalex.org/W2531203042
  • https://openalex.org/W2534691303
  • https://openalex.org/W2536264061
  • https://openalex.org/W2546782576
  • https://openalex.org/W2549371752
  • https://openalex.org/W2552218396
  • https://openalex.org/W2562504392
  • https://openalex.org/W2565973092
  • https://openalex.org/W2567205822
  • https://openalex.org/W2569358455
  • https://openalex.org/W2580766645
  • https://openalex.org/W2588651754
  • https://openalex.org/W2623470049
  • https://openalex.org/W2727395732
  • https://openalex.org/W2727670264
  • https://openalex.org/W2752308255
  • https://openalex.org/W2756005412
  • https://openalex.org/W2758736853
  • https://openalex.org/W2761046937
  • https://openalex.org/W2766054933
  • https://openalex.org/W2766342403
  • https://openalex.org/W2768314275
  • https://openalex.org/W2768527492
  • https://openalex.org/W2771526032
  • https://openalex.org/W2773161438
  • https://openalex.org/W2774014576
  • https://openalex.org/W2786783132
  • https://openalex.org/W2787766079
  • https://openalex.org/W2789406018
  • https://openalex.org/W2790332880
  • https://openalex.org/W2791404140
  • https://openalex.org/W2791785303
  • https://openalex.org/W2792444842
  • https://openalex.org/W2794493354
  • https://openalex.org/W2795289491
  • https://openalex.org/W2796568833
  • https://openalex.org/W2797437748
  • https://openalex.org/W2797821849
  • https://openalex.org/W2799625477
  • https://openalex.org/W2801796533
  • https://openalex.org/W2803995561
  • https://openalex.org/W2805628791
  • https://openalex.org/W2805954795
  • https://openalex.org/W2806176126
  • https://openalex.org/W2808025896
  • https://openalex.org/W2808984221
  • https://openalex.org/W2809462726
  • https://openalex.org/W2810836439
  • https://openalex.org/W2883694583
  • https://openalex.org/W2884282011
  • https://openalex.org/W2888579709
  • https://openalex.org/W2895378667
  • https://openalex.org/W2895430578
  • https://openalex.org/W2898444199
  • https://openalex.org/W2898930092
  • https://openalex.org/W2903531220
  • https://openalex.org/W2908423849
  • https://openalex.org/W2913508075
  • https://openalex.org/W2915092910
  • https://openalex.org/W2920858974
  • https://openalex.org/W2926238062
  • https://openalex.org/W2942687817
  • https://openalex.org/W2943291583
  • https://openalex.org/W2951068492
  • https://openalex.org/W2951539866
  • https://openalex.org/W2952087267
  • https://openalex.org/W2953769282
  • https://openalex.org/W2964871839
  • https://openalex.org/W2966384741
  • https://openalex.org/W2969712750
  • https://openalex.org/W2972388157
  • https://openalex.org/W2980868866
  • https://openalex.org/W2981761893
  • https://openalex.org/W2987398456
  • https://openalex.org/W2990481166
  • https://openalex.org/W2991246762
  • https://openalex.org/W2991893598
  • https://openalex.org/W2995149441
  • https://openalex.org/W2995668658
  • https://openalex.org/W2999800642
  • https://openalex.org/W3002725229
  • https://openalex.org/W3003165563
  • https://openalex.org/W3005210566
  • https://openalex.org/W3005952079
  • https://openalex.org/W3009949830
  • https://openalex.org/W3010490317
  • https://openalex.org/W3013329041
  • https://openalex.org/W3017093761
  • https://openalex.org/W3017505681
  • https://openalex.org/W3018468328
  • https://openalex.org/W3026810956
  • https://openalex.org/W3027458544
  • https://openalex.org/W3041212101
  • https://openalex.org/W3041679088
  • https://openalex.org/W3042180155
  • https://openalex.org/W3043329216
  • https://openalex.org/W3044210244
  • https://openalex.org/W3044250189
  • https://openalex.org/W3046182877
  • https://openalex.org/W3047726009
  • https://openalex.org/W3089194384
  • https://openalex.org/W3090401810
  • https://openalex.org/W3090494259
  • https://openalex.org/W3092189307
  • https://openalex.org/W3105876597
  • https://openalex.org/W3111999839
  • https://openalex.org/W3133049516
  • https://openalex.org/W3133862187
  • https://openalex.org/W3134026497
  • https://openalex.org/W3163871893
  • https://openalex.org/W3164348929
  • https://openalex.org/W3194635949
  • https://openalex.org/W3197908188
  • https://openalex.org/W3198989237
  • https://openalex.org/W3199384499
  • https://openalex.org/W3206171938
  • https://openalex.org/W365303930
  • https://openalex.org/W409125110
  • https://openalex.org/W4205204927
  • https://openalex.org/W4220935442
  • https://openalex.org/W4224286055
  • https://openalex.org/W4224692209
  • https://openalex.org/W4224946877
  • https://openalex.org/W4229034789
  • https://openalex.org/W4234477893
  • https://openalex.org/W4240635621
  • https://openalex.org/W4281951026
  • https://openalex.org/W4282020710
  • https://openalex.org/W4282924868
  • https://openalex.org/W4283164837