Enhancing Orbital Interaction in Spinel LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 Cathode for High‐Voltage and High‐Rate Li‐Ion Batteries

尖晶石 材料科学 阴极 锂(药物) 离子 电化学 溶解 掺杂剂 自行车 兴奋剂 电极 化学 物理化学 光电子学 冶金 有机化学 医学 考古 历史 内分泌学
作者
Tianji Fu,Yujie Li,Ziqing Yao,Tongsen Guo,Shuangke Liu,Zhongxue Chen,Chunman Zheng,Weiwei Sun
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (40): e2402339-e2402339 被引量:23
标识
DOI:10.1002/smll.202402339
摘要

High voltage cobalt-free spinel LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) is well organized as a high-power cathode material for lithium (Li)-ion batteries, however, the weak interaction between the 3d orbital of the transition metal (TM) ions and the 2p orbital of oxygen (O) leads to the instability of crystal structural, hindering the long-term stable cycling of LNMO cathode especially at high temperatures. Here, a design strategy of orbital interaction is initiated to strengthen TM 3d-O 2p framework in P-doped LNMO (P-LNMO) by choosing phytic acid as P dopant, which can realize more uniform doping compared to regular phosphate. The results show that the enhancement of TM 3d-O 2p orbital interaction in P-LNMO can suppress the Jahn-Teller effect and subsequent dissolution of Mn, as well as lowers the energy barrier for Li ion insertion/extraction kinetics. As a result, superior electrochemical performances including high discharge capacity, stable cycling behavior and enhanced rate capability of P-LNMO are obtained. Significantly, the P-LNMO pouch cell shows great cycling stability with 97.4% capacity retention after 100 cycles.
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