Modification of the Ni-Rich Layered Cathode Material by Hf Addition: Synergistic Microstructural Engineering and Surface Stabilization

材料科学 阴极 电化学 兴奋剂 降级(电信) 多孔性 锂(药物) 微观结构 结构稳定性 纳米技术 化学工程 复合材料 光电子学 电极 电子工程 化学 物理化学 工程类 医学 结构工程 内分泌学
作者
Bo Wang,Feipeng Cai,Chenxiao Chu,Boyang Fu,Konrad Świerczek,Linsen Li,Hailei Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 12599-12611 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.3c18865
摘要

The rapid decline of the reversible capacity originating from microcracks and surface structural degradation during cycling is still a serious obstacle to the practical utilization of Ni-rich LiNixCoyAl1–x–yO2 (x ≥ 0.8) cathode materials. In this research, a feasible Hf-doping method is proposed to improve the electrochemical performance of LiNi0.9Co0.08Al0.02O2 (NCA90) through microstructural optimization and structural enhancement. The addition of Hf refines the primary particles of NCA90 and develops them into a short rod shape, making them densely arranged along the radial direction, which increases the secondary particle toughness and reduces their internal porosity. Moreover, Hf-doping stabilizes the layered structure and suppresses the side reactions through the introduction of robust Hf–O bonding. Multiple advantages of Hf-doping allowed significant improvement of the cycling stability of LiNi0.895Co0.08Al0.02Hf0.005O2 (NCA90-Hf0.5), with a reversible capacity retention rate of 95.3% after 100 cycles at 1 C, as compared with only 82.0% for the pristine NCA90. The proposed synergetic strategy combining microstructural engineering and crystal structure enhancement can effectively resolve the inherent capacity fading of Ni-rich layered cathodes, promoting their practical application for next-generation lithium-ion batteries.

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