Cobalt-free nickel-rich cathode materials based on Al/Mg co-doping of LiNiO2 for lithium ion battery

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作者
Lina Shen,Fanghui Du,Qun Zhou,Tao Xu,Zhongxu Fan,Yali Wen,Jie Wang,Juan Wu,Junwei Zheng
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:638: 281-290 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.01.134
摘要

To develop Co-free LiNiO2-based layered cathode materials is crucial for meeting the demands of the lithium-ion batteries with high energy density, long cycling life, and low cost. Herein, the LiNi1-x-yAlxMgyO2 materials are synthesized by the solid-solid interface elemental interdiffusion strategy. It is elucidated that the Mg2+ and Al3+ ions are mainly doped in the Li slabs and transition metal slabs, respectively, leading to the alteration of the crystal lattice. Furthermore, the incorporation of the Mg2+ ions may induce more Ni2+ ions formed in the transition metal slabs, which would have great impact on the electrochemical performance of the materials. The LiNi1-x-yAlxMgyO2 materials with optimized Mg/Al co-doping exhibit much better electrochemical performance than the pristine LiNiO2 and Al-doped LiNiO2 materials, including cycling stability and rate capability. The in-situ XRD characterization and structural analysis show that stabilization of the crystal structure, preservation of the integrity of the secondary particles, and enlargement of the interlayer spacing by the Mg/Al co-doping are the main factors responsible for the superior performance of the materials. The Mg/Al co-doping strategy might be the promising approach for the design of the cobalt-free nickel-rich materials.
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