High-Entropy Rock-Salt Surface Layer Stabilizes the Ultrahigh-Ni Single-Crystal Cathode

材料科学 阴极 单晶 结晶学 盐(化学) 曲面(拓扑) 图层(电子) 化学物理 纳米技术 矿物学 地质学 化学 几何学 物理化学 数学
作者
Zhongxing Xu,Xinghan Chen,Wenguang Fan,Minzhi Zhan,Xulin Mu,Hongbin Cao,Xiaohu Wang,Haoyu Xue,Zhihai Gao,Yongzhi Liang,Jiajie Liu,Xinghua Tan,Feng Pan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (49): 33706-33717 被引量:72
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c13911
摘要

Single-crystalline Ni-rich layered oxides are one of the most promising cathode materials for lithium-ion batteries due to their superior structural stability. However, sluggish lithium-ion diffusion kinetics and interfacial issues hinder their practical applications. These issues intensify with increasing Ni content in the ultrahigh-Ni regime (≥90%), significantly threatening the practical viability of the single-crystalline strategy for ultrahigh-Ni layered oxide cathodes. Herein, by developing a high-entropy coating strategy, we successfully constructed an epitaxial lattice-coherent high-entropy rock-salt layer (∼3 nm) via Zr and Al doping on the surface of the single-crystalline cathode LiNi 0.92 Co 0.05 Mn 0.03 O 2 through an in situ modification process. The surface high-entropy rock-salt layer with tailored Ni valence and lattice coherence not only greatly improves lithium-ion diffusion kinetics but also suppresses interface parasitic reactions and surface structural degradations. The high-entropy surface layer-stabilized ultrahigh-Ni single-crystalline cathode (SC-Ni92-ZA) demonstrates significantly improved rate and cycling performances (127.5 mAh g –1 at 20C, capacity retention of 74.9% after 500 cycles at 1C) in a half-cell. The SC-Ni92-ZA exhibits a capacity retention of 87.1% after 600 cycles at 1C in a full-cell. This epitaxial lattice-coherent high-entropy coating strategy develops a promising avenue for developing high-capacity, long-life cathode materials.
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