Homogenous coating of Li+ conductive Li5AlO4 on single-crystalline nonstoichiometric Li1.04Ni0.92Al0.04O2 for rechargeable lithium-ion batteries

材料科学 阴极 氢氧化物 化学工程 锂(药物) 氧化物 离子 容量损失 涂层 熔盐 电极 冶金 阳极 纳米技术 化学 医学 有机化学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Guoyu Ding,Shizhou Wang,Jinhan Li,Ziyan Wu,Jiayu Chen,Jiayong Du,Xinhui Huang,Kuiming Liu,Yudong Zhang,Zhonghan Wu,Yiyang Peng,Qiancheng Zhao,Meng Yu,Fangyi Cheng
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.03.063
摘要

Cobalt-free, nickel-rich LiNi1-xAlxO2 (x ≤ 0.1) is an attractive cathode material because of high energy density and low cost but suffers from severe structural degradation and poor rate performance. In this study, we propose a molten salt-assisted synthesis in combination with a Li-refeeding induced aluminum segregation strategy to prepare Li5AlO4-coated single-crystalline slightly Li-rich Li1.04Ni0.92Al0.04O2. The symbiotic formation of Li5AlO4 from reaction between molten lithium hydroxide and doped aluminum in the bulk ensures a high lattice matching between the Ni-rich oxide and the homogenous conductive Li5AlO4 that permits high Li+ conductivity. Benefiting from mitigated undesirable side reactions and phase evolution, the Li5AlO4-coated single-crystalline Li1.04Ni0.92Al0.04O2 delivers a high specific capacity of 220.2 mA h g-1 at 0.1 C and considerable rate capability (182.5 mA h g-1 at 10 C). Besides, superior capacity retention of 90.8% is obtained at 1/3 C after 100 cycles in a 498.1 mA h pouch full cell. Furthermore, the particulate morphology of Li1.04Ni0.92Al0.04O2 remains intact after cycling at a cutoff voltage of 4.3 V, whereas slightly Li-deficient Li0.98Ni0.97Al0.05O2 features intragranular cracks and irreversible lattice distortion. The results highlight the value of molten salt-assisted synthesis and Li-refeeding induced elemental segregation strategy to upgrade Ni-based layered oxide cathode materials for advanced Li-ion batteries.
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