Optimizing the electrochemical performance of LiCoO2 at 4.5 V via synergistic modification of Mg2+ ion doping and Li1.3La0.3Ti1.7(PO4)3 coating

电化学 兴奋剂 涂层 离子 材料科学 表面改性 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 电极 光电子学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Gaoqiang Mao,Jingfan Lu,Haiyan Cai,Wanjing Yu,Hui Tong,Xueyi Guo,Leiying Zeng,Long Jiang
出处
期刊:Advanced composites and hybrid materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:8 (4) 被引量:10
标识
DOI:10.1007/s42114-025-01373-3
摘要

Abstract Increasing the operating voltage can significantly increase the energy density of LiCoO2, but it is accompanied by severe structural damage and interface degradation. Especially at a high voltage above 4.5 V, LiCoO2 faces severe challenges, such as irreversible phase transition, lattice oxygen loss, and electrode–electrolyte interface evolution. Herein, a high-voltage LiCoO2 cathode material with bulk doping and surface coating synergistic modification was designed and prepared. The doped Mg2+ ions entered the lithium layers as pillars, stabilizing the layered framework. Meanwhile, Li1.3La0.3Ti1.7(PO4)3 was uniformly coated on the surface of LiCoO2, which is beneficial for suppressing Co3+/2+ ion leaching and interface side reactions during cycling. Furthermore, Li1.3La0.3Ti1.7(PO4)3 is a fast ion conductor, which facilitates the rapid transport of lithium ions on the surface of the cathode material. Owing to the synergistic effect of Mg2+ ion doping and Li1.3La0.3Ti1.7(PO4)3 coating, the orbitals of Co 3d and O 2p in LiCoO2 crystal are changed, and the irreversible phase transition and oxygen loss are inhibited. The modified material exhibited an excellent electrochemical performance. A discharge capacity of 175.5 mAh·g−1 at 10 C rate, as well as a capacity retention of 90.14% after 200 cycles at 1 C rate, was achieved in the modified material. This work supplies a new method for developing high-voltage oxide cathodes through bulk and interfacial modification.
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