B/Al Codoped/Coated Ultra-High Nickel Cobalt-Free Material with Excellent High Voltage/Rate Cycle Stability

材料科学 化学工程 冶金 工程类
作者
Liang Zhang,Jinfu Huang,Hongyu Tang,Sheng‐Yi Huang,Yang Tang,Jianyao Ma,Jianwen Yang,Bin Huang,Yanwei Li,Shunhua Xiao
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (24): 9168-9179
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c01847
摘要

Ultrahigh nickel cobalt-free cathode materials have high energy density and are very promising materials for application in lithium-ion batteries. However, they face severe challenges of overall degradation in the interface/lattice structure stability during charge and discharge, resulting in poor safety and a short cycle life. In this paper, the B/Al codoping/coating is applied to LiNi0.9Mn0.1O2 (NM90). The LiAlO2/LiBO2 coating formed in situ by B/Al and surface residual alkali helps to reduce O2 evolution and restrain side reactions on surface. The B/Al codoping resulting from high-temperature thermal diffusion significantly expands the layer spacing, thus improving the Li+ diffusion rate. After 300 cycles, the optimized NM90-1% AB material achieves 86.5% capacity retention (1 C, 2.7–4.3 V, 25 °C) compared to 68.5% for the pristine NM90 material. Furthermore, its capacity retention can reach 84.7% after 300 cycles at 4.4 V and 5 C, which is much higher than the 58.9% of NM90 material. Even at 10 C, the specific discharge capacity of the NM90-1% AB material can still reach 155.1 mA h/g, but the NM90 material only has 142.8 mA h/g. It is obvious that the B/Al codoped/coated strategy can enhance the interface/lattice structural stability of NM90 material.
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