Synergistic Effect of Microstructure Engineering and Local Crystal Structure Tuning to Improve the Cycling Stability of Ni-Rich Cathodes

材料科学 微观结构 阴极 等轴晶 晶体结构 化学工程 复合材料 结晶学 物理化学 工程类 化学
作者
Chaoqiong Zhu,Mengyuan Cao,Haiyan Zhang,Genpin Lv,Jun Zhang,Yan Meng,Chaozhu Shu,Weifeng Fan,Meihua Zuo,Wei Xiang,Xiaodong Guo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (41): 48720-48729 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.1c14239
摘要

Ultrahigh Ni-rich layered oxides have been regarded as one of the most promising cathode candidates. However, cycling instability induced by interfacial reactions and irreversible H2-H3 lattice distortion is yet to be demonstrated by an effective strategy that could construct a stable grain interface and microstructure. Here, Ni-rich cathode LiNi0.92Co0.05Mn0.03O2 is modified by B and Ti to realize the synchronous regulation of a microstructure and the oxygen framework robustness. Compared with the large equiaxed crystalline grains for the pristine cathode, highly elongated grains with a strong radially oriented crystallographic texture in which the (003) facet is maximized are produced for Ti and B-modified LiNi0.92Co0.05Mn0.03O2. With the suppressed H2-H3 phase transition and cation mixing provided by radially oriented grains and turned local crystal oxygen framework robustness during cycling, the co-modified cathode exhibits enhanced Li+ diffusion kinetics and a capacity retention of 78.3% after 100 cycles, which outperformed the 38.5% for the pristine cathode. The improved cycling performance suggests the significance of the turned microstructure and local crystal structure in suppressing internal strain and crystal structure degradation. The synchronous realization of microstructure engineering and local crystal structure turning by optimal element combination would provide a heuristic solution for the construction of high perform Ni-rich cathodes.
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