Understanding improved stability of Co-free Ni-rich single crystal cathode materials by combined bulk and surface modifications

材料科学 阴极 电解质 相间 电化学 兴奋剂 化学工程 氧气 纳米技术 涂层 表面能 电极 光电子学 复合材料 物理化学 化学 工程类 遗传学 有机化学 生物
作者
Qiang Deng,Qimeng Zhang,Youqi Chu,Yunkai Xu,Shunzhang You,Kevin Huang,Chenghao Yang,Jun Lü
出处
期刊:Materials Today [Elsevier]
卷期号:74: 22-33 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2024.02.003
摘要

Co-free Ni-rich single crystal LiNixMn1-xO2 (x ≥ 0.6) (denoted as SCNM) have been actively studied as a candidate cathode for high energy density and low-cost lithium-ion batteries (LIBs). However, their practical use in LIBs is significantly hindered by their poor chemo-mechanical stability and short cycle life. Herein, we show much improved structural stability and cycle life by bulk and surface modifications of SCNM. We show strong evidence that bulk Ti-doping and gradient Nb-doping are effective in stabilizing lattice oxygen and suppressing detrimental phase transformations, while LiTi2-xNbx(PO4)3 (LTNP) surface coating protects SCNM from reacting with liquid electrolyte and promotes formation of thin and robust interphase layers. As a result, LTNP-modified SCNM achieves an excellent electrochemical performance with 87.2% capacity retention after 100 cycles at high voltage of 4.4 V. This work demonstrates a new approach to stabilize lattice oxygen of Co-free and Ni-rich cathodes and their interfaces with liquid electrolytes, thus contributing to the development of high-energy–density LIBs.
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