Structural, electrochemical and Li-ion transport properties of Zr-modified LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 positive electrode materials for Li-ion batteries

电化学 电极 离子 材料科学 锂(药物) 循环伏安法 X射线光电子能谱 化学工程 极化(电化学) 分析化学(期刊) 复合材料 化学 物理化学 色谱法 有机化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Shuang Gao,Xiaowen Zhan,Yang‐Tse Cheng
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:410-411: 45-52 被引量:174
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2018.10.094
摘要

We modify a nickel-rich layered LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) positive electrode material by substituting the transition metals with Zr to mitigate its structural instability and capacity degradation. We show that Zr, over a concentration range of 0.5–5.0 at.%, can simultaneously reside on and expand the lattice of NCM811 and form Li-rich lithium zirconates on their surfaces. In particular, Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.99Zr0.01O2 (1% Zr-NCM811) exhibits the best rate capability among all the compositions in this study. It shows higher cycling durability than the raw NCM811 at both low and high current density lithiation and de-lithiation. According to X-ray photoelectron spectroscopy and cyclic voltammetry measurements, the 1% Zr-NCM811 sample is more chemically/electrochemically stable than the raw. In addition to comparing the diffusivities in the coin-cell measurements, we demonstrate that Zr modification can facilitate Li-ion diffusion in the NCM811 balk material by direct-current polarization measurements. The superior performance of Zr-NCM811 results from the lattice expansion induced by Zr doping and the presence of ion-conducting lithium zirconates partially coated on the surface of Zr-NCM811 particles.
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