Selective doping for bond relaxation towards enhanced structural reversibility in Ni-rich layered cathodes

掺杂剂 材料科学 八面体 阴极 兴奋剂 电化学 放松(心理学) 晶体结构 化学物理 结晶学 光电子学 化学 电极 物理化学 心理学 社会心理学
作者
Jiawei Luo,Jin-Fang Luo,Chi‐Liang Chen,Wei‐Hsiang Huang,Chung‐Kai Chang,Yu‐Chun Chuang,J.L. Zhang,Ruirui Zhao
出处
期刊:Materials Today Chemistry [Elsevier]
卷期号:24: 100926-100926 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.mtchem.2022.100926
摘要

Despite the high efficiency of trace dopants for better performance in layered cathodes, the structural origin of such improvement, beyond a simple replacement at the specific crystallographic site, has been rarely explored. Here we present comprehensive characterizations and analyses of structural modulations associated with trace amounts of Zr dopants in LiNi0·9Co0·1O2 using synchrotron X-ray diffraction and X-ray absorption spectra, together with electrochemical techniques. The Zr4+ dopant preferentially replaces the Co3+ at the Ni/Co (3a) site and has a limited effect on the Ni/Li mixing. Rather than the expected compression on neighbouring octahedra, the larger Zr4+ leads to the relaxation of Ni–O bonds and thus reduces the Jahn-Teller effect and charge excitation. The local structure of the inactive Zr also relaxes to alleviate the distortion of octahedral Ni during cycling for extended durability. This work reveals the critical role of bond relaxation and illustrates how cationic dopants tune them via structural modulations, enabling excellent electrochemical performance for an efficient method to develop high-performance layered cathodes.

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