Tuning Li-enrichment in high-Ni layered oxide cathodes to optimize electrochemical performance for Li-ion battery

材料科学 电化学 阴极 氧化物 离子 化学计量学 透射电子显微镜 化学工程 分析化学(期刊) 纳米技术 电极 物理化学 冶金 化学 有机化学 色谱法 工程类
作者
Rui Wang,Guoyu Qian,Tongchao Liu,Maofan Li,Jiajie Liu,Bingkai Zhang,Weiming Zhu,Shuankui Li,Wenguang Zhao,Jing Wang,Xiaobai Ma,Zhendong Fu,Yuntao Liu,Jinbo Yang,Lei Jin,Yinguo Xiao,Feng Pan
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:62: 709-717 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.05.089
摘要

To understand what and how structural properties affect battery performance, and to optimize the structural properties accordingly are of crucial importance to improve the performance of cathode materials for advanced Li-ion batteries. Herein, we investigated the influence of Li-enrichment in Li1+x(Ni0.8Co0.2)1-xO2 transition metal (TM) oxide cathodes, obtained by sintering Ni0.8Co0.2(OH)2 precursor with different amount of Li sources. Compared with stoichiometric Li1+x(Ni0.8Co0.2)1-xO2 (i.e. x = 0, Li:TM = 1:1), the improvements of cycling stability and rate performance were observed in material with moderate degree of Li-enrichment with respect to TMs (i.e. x = 0.019, Li:TM = 1.04:1). Further increase in Li:TM ratio up to 1.07 diminishes the electrochemical performance. Multi-scale structural characterizations including neutron diffraction and aberration-corrected transmission electron microscopy measurements show that the Li-enrichment leads to a monotonical increase in both Li/Ni exchange ratio and Li slab space. Based on the results, we argue that, in material with moderate Li-enrichment, larger Li slab space can facilitate the diffusion of Li ions and a certain amount of Li/Ni disordering can also mitigate the contraction of layered structure, therefore resulting in an optimized electrochemical performance; while in material with excessive Li:TM ratio, the diffusion path can be partially blocked due to the presence of redundant Ni ions in Li layers.
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