Complementary dual-doping of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode enhances ion-diffusion and stability for Li-ion batteries

材料科学 兴奋剂 阴极 电解质 离子 化学工程 晶体结构 结晶学 电极 化学 物理化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Zhihong Wang,Huawei Zhu,Haifeng Yu,Tao Zhang,Yanjie Hu,Hao Jiang,Chunzhong Li
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
卷期号:34 (6): 107718-107718 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2022.07.061
摘要

The Ni-rich LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) layered cathodes endow Li-ion batteries (LIBs) with high energy density. However, they usually suffer from limited ion-diffusion and structural instability during cycling. Although doping strategy can effectively alleviate these issues, the coupling effects of multi-element doping and the corresponding performance enhancement mechanism have been yet unclear. Here, we report a Zr/Ti dual-doped NCM811 cathode material (ZT-NCM811), in which Zr-ion is doped into both transition metal (TM) layers and lithium layers and Ti-ion is only distributed in TM layers. The dual-doping can effectively enhance crystal structure stability via inhibiting the lattice collapse along c-axis and decreasing the Li/Ni disorder. Meantime, the lattice oxygen escape is also greatly reduced due to the presence of stronger Zr-O and Ti-O bonds, further mitigating the crystal surface parasitic reactions with electrolyte. The resultant ZT-NCM811 exhibits high specific capacity of 124 mAh/g at even 10 C, much higher than undoped and single-doped NCM811, and a retention of 98.8% at 1 C after 100 cycles. The assembled ZT-NCM811/graphite full cell also delivers superior battery performances and durability.
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