Temperature-Driven Anisotropic Mg2+ Doping for a Pillared LiCoO2 Interlayer Surface in High-Voltage Applications

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作者
Lianqi Zhao,Pu Yan,Tianying Liu,Xingzhi Wang,Zeyu Wang,Cong Wu,Wenda Bao,Haiyin Zhu,Yue Zhang,Jin Xie
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (27): 33132-33139 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.3c05667
摘要

High-voltage lithium cobalt oxide (LiCoO2) has the highest volumetric energy density among commercial cathode materials in lithium-ion batteries due to its high working voltage and compacted density. However, under high voltage (4.6 V), the capacity of LiCoO2 fades rapidly due to parasitic reactions of high-valent cobalt with the electrolyte and the loss of lattice oxygen at the interface. In this study, we report a temperature-driven anisotropic doping phenomenon of Mg2+ that results in surface-populated Mg2+ doping to the side of the (003) plane of LiCoO2. Mg2+ dopants enter the Li+ sites, lower the valence state of Co ions with less hybridization between the O 2p and Co 3d orbitals, promote the formation of surface Li+/Co2+ anti-sites, and suppress lattice oxygen loss on the surface. As a result, the modified LiCoO2 demonstrates excellent cycling performance under 4.6 V, reaching an energy density of 911.2 Wh/kg at 0.1C and retaining 92.7% (184.3 mAh g-1) of its capacity after 100 cycles at 1C. Our results highlight a promising avenue for enhancing the electrochemical performance of LiCoO2 by anisotropic surface doping with Mg2+.
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