Tuning Li2MnO3-Like Domain Size and Surface Structure Enables Highly Stabilized Li-Rich Layered Oxide Cathodes

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作者
Jie Li,Wenting Li,Chao Zhang,Ce Han,Xinping Chen,He Zhao,Hanying Xu,Guixiao Jia,Zelin Li,Jinxing Li,Yujuan Zhang,Xin Dong Guo,Fei Gao,Jing Liu,Xinping Qiu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (17): 16827-16839 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c03666
摘要

Severe capacity/voltage fading still poses substantial obstacles in the commercial applications of Li-rich layered oxides, which stems from the aggregation of Li2MnO3-like domains and unstable surface structure. Here, we report highly stabilized Co-free Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 with uniformly dispersed Li2MnO3-like domains and a protective rock-salt structure shell by reducing the oxygen partial pressure during high-temperature calcination. Experimental characterizations and DFT calculations reveal that the uniformly dispersed and small-sized Li2MnO3-like domains suppress the peroxidation of lattice oxygen, enabling highly reversible oxygen redox and excellent structural stability. Moreover, the induced rock-salt structure shell significantly restrains lattice oxygen release, TM dissolution, and interfacial side reactions, thereby improving the interfacial stability and facilitating Li+ diffusion. Consequently, the obtained Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 which was calcinated under an oxygen partial pressure of 0.1% (LNMO-0.1) delivers a high reversible capacity of 276.5 mAh g-1 at 0.1 C with superior cycling performance (a capacity retention rate of 85.4% after 300 cycles with a small voltage fading rate of 0.76 mV cycle-1) and excellent thermal stability. This work links the synthesis conditions with the domain structure and electrochemical performance of Li-rich cathode materials, providing some insights for designing high-performance Li-rich cathodes.
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