Role of Ordered Ni Atoms in Li Layers for Li‐Rich Layered Cathode Materials

材料科学 氧化物 电化学 阴极 过渡金属 离子 相(物质) 氧气 相变 电池(电) 原子单位 化学物理 化学工程 金属 电极 物理化学 热力学 冶金 催化作用 生物化学 化学 物理 功率(物理) 有机化学 量子力学 工程类
作者
Moon Young Yang,Sangryun Kim,Kyungsu Kim,Woosuk Cho,Jang Wook Choi,Yoon Sung Nam
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (35) 被引量:44
标识
DOI:10.1002/adfm.201700982
摘要

Li‐rich layered oxide materials are promising candidates for high‐energy Li‐ion batteries. They show high capacities of over 200 mAh g −1 with the additional occupation of Li in their transition metal layers; however, the poor cycle performance induced by an irreversible phase transition limits their use in practical applications. In recent work, an atomic‐scale modified surface, in which Ni is ordered at 2 c sites in the Li layers, significantly improves the performance in terms of reversible capacity and cycling stability. The role of the incorporated Ni on this performance, however, is not yet clearly understood. Here, the effects of the ordered Ni on Li battery performance are presented, based on first‐principles calculations and experimental observations. The Ni substitution suppresses the oxygen loss by moderating the oxidation of oxygen ions during the delithiation process and forms bonds with adjacent oxygen after the first deintercalation of Li ions. These NiO bonds contribute to the formation of a solid surface, resulting in the improved cycling stability. Moreover, the multivalent Ni suppresses Mn migration to the Li‐sites that causes the undesired phase transition. These findings from theoretical calculations and experimental observations provide insights to enhance the electrochemical performance of Li‐rich layered oxides.

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