Heteroepitaxial oxygen-buffering interface enables a highly stable cobalt-free Li-rich layered oxide cathode

材料科学 阴极 氧化物 接口(物质) 氧化钴 氧气 纳米技术 化学工程 光电子学 冶金 复合材料 物理化学 接触角 化学 有机化学 工程类 坐滴法
作者
Chunxiao Zhang,Yuzhang Feng,Bo Wei,Chaoping Liang,Liangjun Zhou,Douglas G. Ivey,Peng Wang,Weifeng Wei
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:75: 104995-104995 被引量:98
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104995
摘要

The oxygen redox process plays an essential role for the high charge-discharge capacity in Li-rich layered oxide (LLO) cathodes. The irreversible release of lattice oxygen may lead to surface reconstruction and cathode-electrolyte interfacial reactions, transition metal (TM) dissolution, as well as microcrack evolution, etc. during cycling that limit the commercial application of LLO cathodes. Herein, we propose the design of a heteroepitaxial Fluorite(CeO2)@[email protected] interface with oxygen buffering effects in Cobalt-free Li1.2Mn0.53Ni0.27O2 through the incorporation of ceria. Experimental characterization and theoretical calculations reveal that the fluorite CeO2 nanolayer with oxygen vacancies suppresses the irreversible lattice oxygen loss and cathode-electrolyte interfacial reactions in LLOs. Moreover, the synergy involving the formed rocksalt interphase and Ce3+ doping in the bulk not only stabilizes the structural integrity, resulting in substantial enhancement of capacity/voltage retention, but also accelerates the electrochemical kinetics upon cycling. This finding may pave the path for utilizing the reversible oxygen redox process and designing new high capacity TM-oxide cathode materials.

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