Stabilizing effects of Al-doping on Ni-rich LiNi0.80Co0.15Mn0.05O2 cathode for Li rechargeable batteries

阴极 材料科学 兴奋剂 电化学 结构稳定性 氧化物 热稳定性 极化(电化学) 化学工程 离子 纳米技术 化学物理 冶金 光电子学 电极 化学 物理化学 工程类 有机化学 结构工程
作者
Mihee Jeong,Hyunchul Kim,Wontae Lee,Sung-Jin Ahn,Eunkang Lee,Won‐Sub Yoon
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:474: 228592-228592 被引量:198
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.228592
摘要

Ni-rich layered oxide cathodes with Ni content above 80% have considerable potential for Li rechargeable batteries due to their high capacity and low cost. However, what with stability issues, inferior cycle performance and thermal instability, studies are still underway to improve their performance. Herein, Al-doped Ni-rich (LiNi0.80Co0.15Mn0.05O2) cathode is investigated to stabilize structural, electrochemical, and thermal properties. Compared to undoped one, Al-doped Ni-rich cathode exhibits lower polarization potential, better rate capability, and cyclability. This can be attributed to the alleviation of anisotropic lattice changes and volume changes during cycling. More importantly, Al-doped Ni-rich cathode maintains a wider LiO6 interslab thickness without collapse at highly charged states, allowing Li-ions to be deintercalated/intercalated reversibly. This indicates that rigid structural integrity contributes to enhanced electrochemical performance. Furthermore, Al-doping improves thermal stability by delaying the onset temperatures of phase transformations during the heating process. These results demonstrate that Al-doping plays a major role in stabilizing the structure by suppressing abrupt lattice changes during cycling and the formation of a rock-salt phase during thermal decomposition reaction. Therefore, this study provides structural aspects of Al-doping effects on the stabilization of layered cathode materials for the high energy density of rechargeable batteries.
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