Surface Design with Cation and Anion Dual Gradient Stabilizes High‐Voltage LiCoO2

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作者
Weiyuan Huang,Qi Zhao,Ming‐Jian Zhang,Shenyang Xu,Haoyu Xue,Chen Zhu,Jianjun Fang,Wenguang Zhao,Guoxi Ren,Runzhi Qin,Qinghe Zhao,Haibiao Chen,Feng Pan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (20) 被引量:71
标识
DOI:10.1002/aenm.202200813
摘要

Abstract LiCoO 2 (LCO) is the most successful cathode material for commercial lithium‐ion batteries. Cycling LCO to high potentials up to 4.5 V or even 4.6 V can significantly elevate the capacity but cause structural degradation due to the serious surface side reaction between the highly oxidized Co 4+ and O − species with organic electrolytes. To tackle this concern, a new strategy, constructing cation and anion dual gradients at the surface of LCO (DG‐LCO), is proposed. Specifically, the electrochemically inactive cation and anion are selected to substitute Co 3+ and O 2− at the surface in a gradated manner, thus minimizing the highly oxidized Co 4+ and O − species at high potentials and suppressing the induced surface side reactions. Unexpectedly, this dual gradient design leads to a spinel‐like surface structure coherently with bulk layered structure, which facilitates Li + diffusion kinetics. Thus, DG‐LCO achieves high capacity and excellent cycling stability at 4.6 V (≈216 mA h g −1 at 0.1 C, a capacity retention of 88.6% after 100 cycles in 1.8 A h pouch full cell at 1 C), as well as improved rate capability (≈140 mA h g −1 at 5 C). These studies provide useful guidelines for future design of cathode materials with long lifespan and high rate capability.
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