Enhanced structural and electrochemical stability of LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 cathodes by zirconium and aluminum co-doping for lithium-ion battery

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作者
Zhenhua Zhu,Yansheng Liang,Hang Hu,Aimei Gao,Tao Meng,Dong Shu,Fenyun Yi,Jingzhou Ling
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:498: 229857-229857 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.229857
摘要

Abstract A series of Zr4+ and/or Al3+ doped LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 are synthesized via a solid phase method. TEM shows that the co-doped specimen consists of a layered core and a coherent interface cation-mixed shell. XRD and XPS results clarify that Zr4+ doping increases the Li+/Ni2+ cation site exchange degree and the concentration of Ni2+. The morphology and structural integrity of the co-doped electrode maintains well, and it provides a higher cycle retention (89.7%) than blank (60.1%) after 150 cycles and a superior capacity of 152.8 mAh g−1 at 7C (only 57.7 mAh g−1 for blank) and an enhanced elevated temperature cycle retention (83.0%) than blank (33.7%) after 100 cycles at 55 °C. Generally, Zr4+ raises the concentration of Ni2+ to keep electric neutrality and then reconstruct a stable interfacial structure to inhibit side reactions, the structural stability could be also enhanced by the strong Zr–O and Al–O bonds. Meanwhile, Al3+ served as centers of positive charge can suppress the phase transformation. Benefiting from the synergistic effect of Zr4+/Al3+, as well as the induced coherent interface cation-mixed shell, co-doped specimen shows enhanced structural stability and the superior electrochemical performance. This study provides a route to prepare advanced layered cathodes for lithium-ion batteries.
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