Dual-Site Doping Strategy for Enhancing the Structural Stability of Lithium-Rich Layered Oxides

材料科学 阴极 锂(药物) 兴奋剂 离子 化学工程 氧化物 氧气 结构稳定性 无机化学 光电子学 化学 物理化学 有机化学 冶金 内分泌学 工程类 医学 结构工程
作者
Wei Tang,Jidong Duan,Jianlong Xie,Yan Qian,Jing Li,Yu Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (14): 16407-16417 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.1c02020
摘要

Lithium-rich layered oxide (LLO) cathode materials are considered to be one of the most promising next-generation candidates of cathode materials for lithium-ion batteries due to their high specific capacity. However, some inherent defects of LLOs hinder their practical application due to the oxygen loss and structure collapse resulting from intrinsic anion and cation redox reactions, such as poor cycle stability, sluggish Li+ kinetics, and voltage decay. Herein, we put forward a facile synergistic strategy to respond to these shortcomings of LLOs via dual-site doping with cerium (Ce) and boron (B) ions. The doped Ce ions occupy the octahedral sites, which not only enlarge the cell volume but also stabilize the layered framework and introduce abundant oxygen vacancies for LLOs, while B ions occupy the tetrahedral sites in the lattice, which block the migration path of transition metal (TM) ions and reduce the oxygen loss using the strong B–O bond. Based on this dual-site doping effect, after 100 cycles at 1 C, the dual-site doped materials exhibit excellent structural stability with a capacity retention of 91.15% (vs 75.12%) and also greatly suppress the voltage decay in LLOs with a voltage retention of 93.60% (vs 87.83%).
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