Abstract Finding appropriate positive electrode materials for Li-ion batteries is the next big step for their application in emerging fields like stationary energy storage and electromobility. Among the potential materials 3d-transition metal doped spinels exhibit a high operating voltage and, therefore, are highly promising cathode materials which could meet the requirements regarding energy and power density to make Li-ion batteries the system of choice for the above mentioned applications. The compounds considered here include substituted Mn-based spinels such as Li M 0.5 Mn 1.5 O 4 ( M = Ni, Co, Fe), LiCrMnO 4 and LiCrTiO 4 . In this review, the recent researches conducted on these spinel materials are summarized. These include different routes of synthesis, structural studies, electrode preparation, electrochemical performance and mechanism of Li-extraction/insertion, thermal stability as well as degradation mechanisms. Note that even though the Ni-, Co-, and Fe-doped materials share the same chemical formula, the oxidation state distributions as well as the operating voltages are different among them. Furthermore, apart from the initial structural similarity, the Li-intercalation takes place through different mechanisms in different materials. In addition, this difference in mechanism is found to have considerable influence on the long-term cycling stability of the material. The routes to improve the electrochemical performance of some of the above candidates are discussed. Further emphasis is given to the parameters that limit their application in current technology, and strategies to overcome them are addressed.

中文翻译：

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3d-过渡金属掺杂尖晶石作为可充电锂离子电池的高压正极材料

摘要 为锂离子电池寻找合适的正极材料是其在固定储能和电动汽车等新兴领域应用的下一个重要步骤。在潜在材料中，3d-过渡金属掺杂尖晶石表现出高工作电压，因此是非常有前途的正极材料，可以满足能量和功率密度的要求，使锂离子电池成为上述应用的首选系统。此处考虑的化合物包括取代的Mn基尖晶石，例如Li M 0.5 Mn 1.5 O 4 (M = Ni、Co、Fe)、LiCrMnO 4 和LiCrTiO 4 。在这篇综述中，总结了最近对这些尖晶石材料进行的研究。这些包括不同的合成途径、结构研究、电极制备、锂提取/插入的电化学性能和机制、热稳定性以及降解机制。请注意，即使 Ni-、Co- 和 Fe 掺杂材料具有相同的化学式，但它们之间的氧化态分布以及工作电压是不同的。此外，除了最初的结构相似性外，锂嵌入在不同材料中通过不同的机制发生。此外，发现这种机制的差异对材料的长期循环稳定性有相当大的影响。讨论了提高上述一些候选物电化学性能的途径。进一步强调了限制它们在当前技术中应用的参数，并解决了克服它们的策略。热稳定性和降解机制。请注意，尽管 Ni-、Co- 和 Fe 掺杂材料具有相同的化学式，但它们之间的氧化态分布以及工作电压是不同的。此外，除了最初的结构相似性外，锂嵌入在不同材料中通过不同的机制发生。此外，发现这种机制的差异对材料的长期循环稳定性有相当大的影响。讨论了提高上述一些候选物电化学性能的途径。进一步强调了限制它们在当前技术中应用的参数，并解决了克服它们的策略。热稳定性和降解机制。请注意，即使 Ni-、Co- 和 Fe 掺杂材料具有相同的化学式，但它们之间的氧化态分布以及工作电压是不同的。此外，除了最初的结构相似性外，锂嵌入在不同材料中通过不同的机制发生。此外，发现这种机制的差异对材料的长期循环稳定性有相当大的影响。讨论了提高上述一些候选物电化学性能的途径。进一步强调了限制它们在当前技术中应用的参数，并解决了克服它们的策略。和Fe掺杂材料具有相同的化学式，它们之间的氧化态分布以及工作电压不同。此外，除了最初的结构相似性外，锂嵌入在不同材料中通过不同的机制发生。此外，发现这种机制的差异对材料的长期循环稳定性有相当大的影响。讨论了提高上述一些候选物电化学性能的途径。进一步强调了限制它们在当前技术中应用的参数，并解决了克服它们的策略。和Fe掺杂材料具有相同的化学式，它们之间的氧化态分布以及工作电压不同。此外，除了最初的结构相似性外，锂嵌入在不同材料中通过不同的机制发生。此外，发现这种机制的差异对材料的长期循环稳定性有相当大的影响。讨论了提高上述一些候选物电化学性能的途径。进一步强调了限制它们在当前技术中应用的参数，并解决了克服它们的策略。除了最初的结构相似外，锂嵌入在不同材料中通过不同的机制发生。此外，发现这种机制的差异对材料的长期循环稳定性有相当大的影响。讨论了提高上述一些候选物电化学性能的途径。进一步强调了限制它们在当前技术中应用的参数，并解决了克服它们的策略。除了最初的结构相似外，锂嵌入在不同材料中通过不同的机制发生。此外，发现这种机制的差异对材料的长期循环稳定性有相当大的影响。讨论了提高上述一些候选物电化学性能的途径。进一步强调了限制它们在当前技术中应用的参数，并解决了克服它们的策略。