Enhanced electrochemical properties of Ni-rich layered cathode materials via Mg2+ and Ti4+ co-doping for lithium-ion batteries

电化学 材料科学 兴奋剂 阴极 锂(药物) X射线光电子能谱 离子 过渡金属 化学工程 无机化学 电极 纳米技术 化学 物理化学 催化作用 有机化学 医学 光电子学 工程类 内分泌学
作者
Jiale Wang,Yan Nie,Chang Miao,Yi Tan,Minyue Wen,Wei Xiao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:601: 853-862 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.05.167
摘要

To optimize the electrochemical performance of Ni-rich cathode materials, the 0.005 mol of Mg2+ and 0.005 mol of Ti4+ co-doping LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 composite powders, labeled as NCM-11, are successfully prepared by being calcinated at 750 °C for 15 h following by an appropriate post-treatment, which are confirmed by XRD, EDS and XPS. The results suggest that NCM-11 presents a well-ordered layered structure with a low Li+/Ni2+ mixing degree of 1.46% and Mg2+ and Ti4+ ions are uniformly distributed across the lattice. The cell assembled with NCM-11 can deliver an initial discharge specific capacity of 194.2 mAh g−1 and retain a discharge specific capacity of 163.0 mAh g−1 after 100cycles at 2.0C at 25 °C. Furthermore, it still maintains a discharge specific capacity of 166.7 mAh g−1 after 100cycles at 2.0C at 60 °C. More importantly, it also exhibits a higher discharge specific capacity of about 150.7 mAh g−1 even at 5.0C. Those superior electrochemical performance can be mainly ascribed to the synergistic effect of Mg2+ and Ti4+ co-doping, in which Mg2+ ions can occupy the Li+ layer to act as pillar ions and Ti4+ ions can occupy the transition metal ions layer to enlarge the interplane spacing. Thus, the heterovalent cations co-doping strategy can be considered as a simple and practical method to improve the electrochemical performance of Ni-rich layered cathode materials for lithium-ion batteries.
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