Realization of a High-Voltage and High-Rate Nickel-Rich NCM Cathode Material for LIBs by Co and Ti Dual Modification

材料科学 阴极 尖晶石 化学工程 涂层 降级(电信) 氧化物 兴奋剂 纳米技术 冶金 光电子学 电子工程 物理化学 化学 工程类
作者
Xiaoyu Zhang,Yuegang Qiu,Fangyuan Cheng,Peng Wei,Yuyu Li,Yi Liu,Shixiong Sun,Yue Xu,Qing Li,Chun Fang,Jiantao Han
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (15): 17707-17716 被引量:62
标识
DOI:10.1021/acsami.1c03195
摘要

Nickel-rich Li(NixCoyMn1–x–yO2) (x ≥ 0.6) is considered to be a predominant cathode for next-generation lithium-ion batteries (LIBs) due to its towering specific energy density. Unfortunately, serious structural degradation causes rapid capacity degradation with the increase in nickel content. Herein, a Co and Ti co-modified LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM-811) cathode ameliorates the reversible capacity together with the rate capability by obviously alleviating the lattice structure degradation and microscopic intergranular cracks. Further studies show that the titanium doping effectively reduces the cation mixing and also stabilizes the crystal structure, while the spinel phase formed at the surface by a cobalt oxide coating is much stable than the layered phase at high voltage, which can alleviate the generation of micro-cracks. After 0.5% Co oxide coating and 1% Ti doping (T1Co0.5-NCM), a superior rate capability (121.75 mA h g–1 at 20 C between 2.7 and 4.5 V) and predominant capacity retention (74.2%) are observed compared with the pristine NCM-811 (59.5%) after 400 cycles between 2.7 and 4.7 V. This work supplies an eminent design of high-voltage and high-rate layered cathode materials and has a huge application prospect in the next generation of high-energy LIBs.
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