Dual-Modified Compact Layer and Superficial Ti Doping for Reinforced Structural Integrity and Thermal Stability of Ni-Rich Cathodes

材料科学 阴极 热稳定性 涂层 化学工程 兴奋剂 锂(药物) 图层(电子) 复合材料 光电子学 物理化学 医学 工程类 内分泌学 化学
作者
Wen Yang,Changjiang Bai,Wei Xiang,Yang Song,Chunliu Xu,Lang Qiu,Fengrong He,Jun Zhang,Yan Sun,Yang Liu,Benhe Zhong,Zhenguo Wu,Xiaodong Guo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (46): 54997-55006 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsami.1c15920
摘要

Nickel-rich layered oxides have been regarded as a potential cathode material for high-energy-density lithium-ion batteries because of the high specific capacity and low cost. However, the rapid capacity fading due to interfacial side reactions and bulk structural degradation seriously encumbers its commercialization. Herein, a highly stable hybrid surface architecture, which integrates an outer coating layer of TiO2&Li2TiO3 and a surficial titanium doping by incorporated Ti2O3, is carefully designed to enhance the structural stability and eliminate lithium impurity. Meanwhile, the surficial titanium doping induces a nanoscale cation-mixing layer, which suppresses transition-metal-ion migration and ameliorates the reversibility of the H2 → H3 phase transition. Also, the Li2TiO3 coating layer with three-dimensional channels promotes ion transportation. Moreover, the electrochemically stable TiO2 coating layer restrains side reactions and reinforces interfacial stability. With the collaboration of titanium doping and TiO2&Li2TiO3 hybrid coating, the sample with 1 mol % modified achieves a capacity retention of 93.02% after 100 cycles with a voltage decay of only 0.03 V and up to 84.62% at a high voltage of 3.0-4.5 V. Furthermore, the ordered occupation of Ni ions in the Li layer boosts the thermal stability by procrastinating the layered-to-rock salt phase transition. This work provides a straightforward and economical modification strategy for boosting the structural and thermal stability of nickel-rich cathode materials.
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