Comprehensive Study of Ti and Ta Co‐Doping in Ni‐Rich Cathode Material LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 Towards Improving the Electrochemical Performance

阴极 电化学 材料科学 插层(化学) 兴奋剂 锂(药物) 晶体结构 分析化学(期刊) 电极 无机化学 结晶学 物理化学 化学 光电子学 医学 色谱法 内分泌学
作者
Deepak Kumar,K. Ramesha
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:25 (13) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/cphc.202400064
摘要

Abstract Layered Ni‐rich oxides (LiNi 1−x−y Co x Mn y O 2 ) cathode materials are of current interest in high‐energy‐demanding applications, such as electric vehicles because of high discharge capacity and high intercalation potential. Here, the effect of co‐doping a small amount of Ti and Ta on the crystal structure, morphology, and electrochemical properties of high Ni‐rich cathode material LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1−x−y Ti x Ta y O 2 (0.0≤x+y≤0.2) was systematically investigated. This work demonstrates that an optimum level of Ti and Ta doping is beneficial towards enhancing electrochemical performance. The optimal Ti 4+ and Ta 5+ co‐doped cathode LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.09 Ti 0.005 Ta 0.005 O 2 exhibits a superior initial discharge capacity of 161.1 mAh g −1 at 1 C, and excellent capacity retention of 87.1 % after 250 cycles, compared to the pristine sample that exhibits only 59.8 % capacity retention. Moreover, the lithium‐ion diffusion coefficients for the co‐doped cathode after the 3 rd and 50 th cycles are 9.9×10 −10 cm 2 s −1 and 9.3×10 −10 cm 2 s −1 respectively, which is higher than that of the pristine cathode (3.3×10 −10 cm 2 s −1 and 2.5×10 −10 cm 2 s −1 respectively). Based on these studies, we conclude that Ti and Ta co‐doping enhances structural stability by mitigating irreversible phase transformation, improving Li‐ion kinetics by expanding interlayer spacing, and nanosizing primary particles, thereby stabilizing high‐nickel cathode materials and significantly enhancing cyclability.
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