Improving the long-term electrochemical performances of Li-rich cathode material by encapsulating a three-in-one nanolayer

材料科学 阴极 电解质 电化学 化学工程 纳米技术 兴奋剂 电极 光电子学 电气工程 化学 工程类 物理化学
作者
Zhenbo Wang,Yanfeng Yin,Guanjie He,Huiling Zhao,Ying Bai
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (2): 588-598 被引量:10
标识
DOI:10.1039/d2nr04074c
摘要

With large specific capacity, wide voltage window, and high energy density, Li-rich layered oxides have been considered as a promising cathode candidate for advanced lithium-ion batteries (LIBs). However, their commercial application is challenging due to severe capacity degradation and voltage fading caused by irreversible oxygen evolution and phase transition upon repeated cycling. This work proposes an effective strategy to improve the long-term electrochemical performances of Li1.2Mn0.56Ni0.17Co0.07O2 (LMNCO) by constructing multifunctional nanolayers composed of element-doping, layered-spinel heterostructural connection, and fast ion conductor shell via a facile method. The Li0.09B0.97PO4 (LBPO) coating shell acts as a fast ion carrier and physical screen to promote Li+ diffusion and isolate side reactions at the cathode-electrolyte interface; moreover, two-phase transitional region provides three-dimensional channel to facilitate Li+ transport and inhibit phase transition. Besides, B3+ and PO43--doping collaborates with oxygen vacancies to stabilize lattice oxygen and restrain oxygen evolution from the bulk active cathode. The optimized LMNCO@LBPO material exhibits a superior capacity retention of 78.6%, higher than that of the pristine sample (49.3%), with the mitigated voltage fading of 0.73 mV per cycle after 500 cycles at 1 C. This study opens up an avenue for the surface modification to the electrochemical properties and perspective application of Li-rich cathodes in high-performance LIBs.
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