Understanding Co roles towards developing Co-free Ni-rich cathodes for rechargeable batteries

阴极 材料科学 电池(电) 降级(电信) 纳米技术 掺杂剂 工程物理 化学工程 冶金 光电子学 电气工程 工程类 兴奋剂 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Tongchao Liu,Lei Yu,Jiajie Liu,Jun Lü,Xuanxuan Bi,Alvin Dai,Matthew Li,Maofan Li,Zongxiang Hu,Lu Ma,Duan Luo,Jiaxin Zheng,Tianpin Wu,Yang Ren,Jianguo Wen,Feng Pan,Khalil Amine
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:6 (3): 277-286 被引量:375
标识
DOI:10.1038/s41560-021-00776-y
摘要

Current bottlenecks in cobalt (Co) supply have negatively impacted commercial battery production and inspired the development of cathode materials that are less reliant on Co. However, complete Co elimination is prevented by the lack of fundamental understanding of the impact of Co on cathode capacity and structural stability, as well as the lack of effective substitute components in practice. Here we investigate the roles of Co in purposely designed systems that include both Co-rich and Mn-substituted Co-free cathodes. Our results affirmed that Co plays an undeniable role in fast capacity and/or structural degradation, and found that Co is more destructive than Ni at high potentials, which offers unexpected but encouraging perspectives for Co reduction. Moreover, Mn substitution effectively alleviates the destructive effects of Co and enables a high potential functionality. With these fundamental discoveries, we demonstrated a series of LiNiαMnβXγO2 (X = single or multiple dopants) as a promising candidate for Co-free cathodes. Reduction on cobalt reliance is an urgent requirement in the development of sustainable cathode materials for Li-ion batteries. Here the authors analyse the roles of cobalt and its interplay with other ions in high-nickel layered oxides, and deduce a material formula for promising cobalt-free cathodes.
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