Improving the electrochemical performances of Li-rich Li1.20Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 through a cooperative doping of Na+ and PO43− with Na3PO4

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作者
Yi Liu,De Ning,Lirong Zheng,Qinghua Zhang,Lin Gu,Rui Gao,Jicheng Zhang,Alexandra Franz,G. Schumacher,Xiangfeng Liu
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:375: 1-10 被引量:107
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2017.11.042
摘要

Li-rich layered oxide cathodes suffer from poor rate capability, voltage decay and inferior cycling stability. Herein, we propose a novel synergistic strategy to improve the electrochemical performances of Li-rich Li1.20Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 by the co-doping of Na+ and PO43−. The co-doping of Na+ for Li and PO43− for Mn is simultaneously achieved using Na3PO4 as a dopant. The co-doping of Na+ and PO43− not only enhances the high-rate performance (106.4 mAhg−1@10C) and capacity retention (93.8%@[email protected] cycles) but also mitigates the voltage decay owing to the synergistic effect of Na+ and PO43− co-doping. The synergistic mechanism is unraveled based on neutron diffraction, aberration-corrected scanning transmission electron microscope, X-ray photoelectron spectroscopy, ex-situ X-ray absorption spectra, ex-situ X-ray diffraction, electrochemical impedance spectroscopy and electrochemical measurements. The co-doping of Na+ and PO43− enlarges the interlayer spacing and suppresses Li/Ni mixing which increases Li+ diffusivity and enhances the rate capability. Meanwhile, the co-doping of Na+ and PO43− shrinks the thickness of the slabs, weakens the TM-O covalency and alleviates the volume change in the charge/discharge process which improves the layered structure stability and the cycling performances. This study presents some new insights into designing high performance cathode materials through a cooperative modulation of different crystal sites doping.
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