Suppressing the Voltage Decay Based on a Distinct Stacking Sequence of Oxygen Atoms for Li-Rich Cathode Materials

材料科学 阴极 堆积 法拉第效率 离子 电化学 电压 电极 物理化学 电气工程 核磁共振 物理 工程类 有机化学 化学
作者
Shuang Cao,Chao Wu,Xin Xie,Heng Li,Zihao Zang,Zhi Li,Gairong Chen,Xiaowei Guo,Xianyou Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (15): 17639-17648 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsami.1c02424
摘要

Li-rich cathode materials possess a much higher theoretical energy density than all intercalated cathode materials currently reported and thus are considered as the most promising candidate for next-generation high-energy density Li-ion batteries. However, the rapid voltage decay and the irreversible phase transition of O3-type Li-rich cathode materials often lessen their actual energy density and limit their practical applications, and thus, effectively suppressing the voltage decay of Li-rich cathodes becomes the hotspot of the current research. Herein, the F-doped O2-type Li-rich cathode materials Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2+δ−xFx (F-O2-LRO) are designed and prepared based on the P2-type sodium-ion cathode materials Na5/6Li1/4(Mn0.54Ni0.13Co0.13)3/4O2+δ (Na-LRO) by ion exchange. It has been found that the as-prepared F-O2-LRO exhibits excellent electrochemical performance, for example, a high discharge specific capacity of 280 mA h g–1 at 0.1 C with an initial Coulombic efficiency of 94.4%, which is obviously higher than the original LRO (77.2%). After 100 cycles, the F-O2-LRO cathode can still maintain a high capacity retention of 95% at a rate of 1 C, while the capacity retention of the original LRO is only 69.1% at the same current rate. Furthermore, the voltage difference (ΔV) of F-O2-LRO before and after cycling is only 0.268 V after 100 cycles at 1 C, which is less than that of the LRO cathode (0.681 V), indicating much lower polarization. Besides, even at a high current rate of 5 C, F-O2-LRO still displays a satisfactory discharge capacity of 210 mA h g–1 with a capacity retention of 90.1% after 100 cycles. Therefore, this work put forward a new strategy for the development and industrial application of Li-rich cathode materials in high-energy Li-ion batteries.
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