Fluorination from Surface to Bulk Stabilizing High Nickel Cathode Materials with Outstanding Electrochemical Performance

阴极 电化学 材料科学 溶解 离子键合 离子 过渡金属 化学物理 化学工程 空位缺陷 电极 纳米技术 催化作用 化学 结晶学 物理化学 冶金 工程类 生物化学 有机化学
作者
Jieyu Yang,Guihong Mao,Tengyu Yao,Laifa Shen,Yan Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202420413
摘要

Abstract High nickel layered oxides provide high energy densities as cathodes for next‐generation batteries. However, critical issues such as capacity fading and voltage decay, which derive from labile surface reactivity and phase transition, especially under high‐rate high‐voltage conditions, prevent their commercialization. Here we propose a fluorination strategy to simultaneously introduce F atoms into oxygen layer and create a F aggregated interface. Substitution F for O stabilizes the layered ionic framework as the F ions can anchor the internal transition metal ions through strong TM−F bonding interaction, alleviating anisotropic lattice strain accumulation and release during the cycle, and promoting the Li + dynamics diffusion. Meanwhile, the fluorinated interface induces the formation of a thin and stable CEI, ameliorating the detrimental issues like oxygen vacancy formation, the HF attacks and metal dissolution. The resultant fluorinated cathode delivers a high reversible capacity of 192.9 mAh g −1 at 10 C within the voltage range of 2.7–4.5 V. This fluorination strategy approach provides design concepts for the advanced cathodes that can meet the demands of high‐rate and high‐voltage applications in next‐generation batteries.
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