Boosting High‐Voltage and Ultralong‐Cycling Performance of Single‐Crystal LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Cathode Materials via Three‐in‐One Modification

材料科学 涂层 阴极 化学工程 分析化学(期刊) 兴奋剂 Crystal(编程语言) 结晶学 纳米技术 光电子学 化学 物理化学 计算机科学 色谱法 工程类 程序设计语言
作者
Bao Zhang,Jixue Shen,Qi Wang,Changqing Hu,Bi Luo,Yun Liu,Zhiming Xiao,Xing Ou
出处
期刊:Energy & environmental materials [Wiley]
卷期号:6 (1) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/eem2.12270
摘要

LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 is extensively researched as one of the most widely used commercially materials for Li‐ion batteries at present. However, the poor high‐voltage performance (≥4.3 V) with low reversible capacity limits its replacement for LiCoO 2 in high‐end digital field. Herein, three‐in‐one modification, Na‐doping and Al 2 O 3 @Li 3 BO 3 dual‐coating simultaneously, is explored for single‐crystalline LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (N‐NCM@AB), which exhibits excellent high‐voltage performance. N‐NCM@AB displays a discharge‐specific capacity of 201.8 mAh g −1 at 0.2 C with a high upper voltage of 4.6 V and maintains 158.9 mAh g −1 discharge capacity at 1 C over 200 cycles with the corresponding capacity retention of 87.8%. Remarkably, the N‐NCM@AB ||graphite pouch‐type full cell retains 81.2% of its initial capacity with high working voltage of 4.4 V over 1600 cycles. More importantly, the fundamental understandings of three‐in‐one modification on surface morphology, crystal structure, and phase transformation of N‐NCM@AB are clearly revealed. The Na + doped into the Li–O slab can enhance the bond energy, stabilize the crystal structure, and facilitate Li + transport. Additionally, the interior surface layer of Li + ‐ions conductor Li 3 BO 3 relieves the charge transfer resistance with surface coating, whereas the outer surface Al 2 O 3 coating layer is beneficial for reducing the active materials loss and alleviating the electrode/electrolyte parasite reaction. This three‐in‐one strategy provides a reference for the further research on the performance attenuation mechanism of NCM, paving a new avenue to boost the high‐voltage performance of NCM cathode in Li‐ion batteries.
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