Ti‐Gradient Doping to Stabilize Layered Surface Structure for High Performance High‐Ni Oxide Cathode of Li‐Ion Battery

材料科学 阴极 兴奋剂 电化学 氧化物 电池(电) 非阻塞I/O 锂离子电池 相(物质) 化学工程 光电子学 电极 物理化学 冶金 量子力学 生物化学 化学 功率(物理) 物理 有机化学 工程类 催化作用
作者
Defei Kong,Jiangtao Hu,Zhefeng Chen,Kepeng Song,Cheng Li,Mouyi Weng,Maofan Li,Rui Wang,Tongchao Liu,Jiajie Liu,Ming‐Jian Zhang,Yinguo Xiao,Feng Pan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (41) 被引量:226
标识
DOI:10.1002/aenm.201901756
摘要

Abstract High‐Ni layered oxide cathodes are considered to be one of the most promising cathodes for high‐energy‐density lithium‐ion batteries due to their high capacity and low cost. However, surfice residues, such as NiO‐type rock‐salt phase and Li 2 CO 3 , are often formed at the particle surface due to the high reactivity of Ni 3+ , and inevitably result in an inferior electrochemical performance, hindering the practical application. Herein, unprecedentedly clean surfaces without any surfice residues are obtained in a representative LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 cathode by Ti‐gradient doping. High‐resolution transmission electron microscopy (TEM) reveals that the particle surface is composed of a disordered layered phase (≈6 nm in thickness) with the same rhombohedra structure as its interior. The formation of this disordered layered phase at the particle surface is electrochemically favored. It leads to the highest rate capacity ever reported and a superior cycling stability. First‐principles calculations further confirm that the excellent electrochemical performance has roots in the excellent chemical/structural stability of such a disordered layered structure, mainly arising from the improved robustness of the oxygen framework by Ti doping. This strategy of constructing the disordered layered phase at the particle surface could be extended to other high‐Ni layered transition metal oxides, which will contribute to the enhancement of their electrochemical performance.
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