Structural analysis of lanthanum-containing battery materials using [sup.139]La solid-state NMR

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From: Canadian Journal of Chemistry(Vol. 89, Issue 9)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 8,476 words
Lexile Measure: 1840L

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Abstract :

[sup.139]La solid-state NMR spectra, acquired at 21.1 and 11.7 T, have been used to evaluate the structural properties of the lithium ion battery materials, [La.sub.32][Li.sub.16][Fe.sub.6.4][O.sub.67] and [Li.sub.3x][La.sub.2/3- x]Ti[O.sub.3]. In particular, atomic-level disorder in the second coordination sphere environment of lanthanum in these materials has been indicated by the observation of a distribution in the asymmetry parameters and the quadrupolar coupling constants derived from experimental NMR spectra, and supported by theoretical calculations. For comparison, [sup.139]La NMR has been obtained for the two model compounds [La.sub.2][O.sub.3] and LaNb[O.sub.4], in which there is no atomic-level disorder. Quadrupolar coupling constants in the range of 17 to 59 MHz have been measured, and these values are supported by previous work as well as theoretical predictions performed in CASTEP. It has been shown that [sup.139]La NMR is a useful tool for the structural analysis of lithium ion battery materials, and when combined with [sup.7]Li MAS NMR and powder X-ray diffraction, can be used to determine the structure of complex solid-state electrolyte and electrode materials. Key words: NMR, quadrupolar nuclei, lithium ion batteries, [sup.139]La. On a utilise les spectres RMN du [sup.139]La a l'etat solide, acquis a 21,1 et 11,7 T, pour evaluer les proprietes structurales des materiaux ioniques du lithium utilises pour les batteries, [La.sub.32][Li.sub.16][Fe.sub.6.4][O.sub.67] et L13x[La.sub.2/3-x]Ti[O.sub.3]. En particulier, un desordre au niveau atomique dans la deuxieme sphere de coordination de l'environnement du lanthane de ces materiaux a ete mis en evidence par l'observation d'une distribution dans les parametres d'asymetrie et dans les constantes de couplage quadripolaire obtenues a partir des spectres RMN experimentaux et confirmees par des calculs theoriques. A des fins de comparaison, on a aussi determine les spectres RMN du [sup.139]La de deux composes modeles, [La.sub.2][O.sub.3] et LaNb[O.sub.4], dans lesquels on n'observe aucun desordre au niveau atomique. On a mesure des constantes de couplage quadripolaire de l'ordre de 17 et 19 MHz; ces valeurs sont en accord avec celles rapportees dans un travail anterieur et elles correspondent aux valeurs calculees par le programme CASTEP. On a demontre que la RMN du [sup.139]La est un outil utile pour l'analyse structurale des materiaux ioniques du lithium utilises dans les batteries et que, lorsque combinee avec la RMN avec rotation a l'angle magique (RAM) et la diffraction des rayons-X, elle peut etre utilisee pour determiner la structure d'electrolytes complexes a l'etat solide et de materiaux d'electrode. Mots-cles : RMN, noyau quadripolaire, batteries aux ions lithium, [sup.139]La. [Traduit par la Redaction] Introduction

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Gale Document Number: GALE|A268405370