Chemical-Mechanical Effects in Ni-Rich Cathode Materials

阴极 材料科学 电化学 溶解 电解质 腐蚀 涂层 结构精修 过渡金属 复合材料 电极 化学工程 晶体结构 结晶学 化学 物理化学 工程类 生物化学 催化作用
作者
Shouyi Yin,Hongyi Chen,Jun Chen,Abouzar Massoudi,Wentao Deng,Xu Gao,Shu Zhang,Ying Wang,Tsung‐Wu Lin,Craig E. Banks,Shi‐Zhang Qiao,Guoqiang Zou,Hongshuai Hou,Xiaobo Ji
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (4): 1509-1523 被引量:77
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c03051
摘要

The implementation of Ni-rich cathodes with high energy density has been critically restrained by stress corrosion. Herein, crack-free LiNbO3-coated LiNi0.88Co0.10Mn0.02O2, as theoretically predicted, demonstrates highly reversible lithiation/delithiation. Mechanically, the phase transition (H1 → H2 → H3) is significantly alleviated by the excogitation of the interfacial force invoked by the LiNbO3 coating layer, as verified by X-ray absorption spectroscopy and extended X-ray absorption near-edge structure spectroscopy. Meanwhile, the stabilities of the crystal structure are remarkably strengthened by the strong Nb–O bond activated by Nb5+ doping that is confirmed by Rietveld refinement of X-ray diffraction and differential capacitance curves. Chemically, the interface shielding effect is conducive to protecting the electrode against electrolyte corrosion along with subsequent transition-metal dissolution, ultimately rendering a faster/highly convertible lithium-ion diffusion. Greatly, the excellent electrochemical properties (74% capacity retention after 300 cycles at 2 C within 2.5–4.3 V) and structural stability (the morphology remains intact after 500 cycles at 5 C within 2.5–4.3 V) are successfully achieved. Given this, this elaborate work might inaugurate a potential avenue for rationally tuning the structure/interface evolution toward Ni-rich materials.
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