Understanding the Role of Various Dopant Metals (Sb, Sn, Ga, Ge, and V) in the Structural and Electrochemical Performances of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2

材料科学 兴奋剂 插层(化学) 掺杂剂 结构稳定性 交换电流密度 电化学 化学工程 无机化学 电极 密度泛函理论 物理化学 光电子学 化学 计算化学 塔菲尔方程 工程类 结构工程
作者
Yanhui Chen,Jing Zhang,Yurong Ren,Yi Li,Yongfan Zhang,Shuping Huang,Wei Lin,Wenkai Chen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (36): 19600-19608 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c04685
摘要

Ni-rich layered oxides have been widely applied commercially due to their high energy density and capacity. However, there are still some drawbacks of capacity fading, O2 release, and Li/Ni exchange. Cation doping has been proven to be one of the most promising strategies to improve the electrochemical performances of Ni-rich layered oxides. Herein, density functional theory (DFT) calculations have been performed to investigate the effects of doping various cations (Sb5+, Sn4+, Ga3+, Ge4+, and V5+) on the structural stability and electrochemical performances of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523). The theoretical results show that Sb, Sn, Ga, Ge, and V doping can reduce the oxidation state of Ni ions. Moreover, doping with these metals can inhibit O2 release and Li/Ni exchange, which improves the safety, capacity retention, and rate capacity. Furthermore, Ga and Ge doping can improve the stability of partially deintercalated states, suppress lattice distortion, and increase the intercalation voltage. In conclusion, Ga and Ge doping is an effective strategy to optimize the electrochemical performances of NCM523.
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