In Situ 3D Conductive Networks and Interfacial Bonding to Stabilize Oxygen Vacancies for Single‐Crystal Ni‐Rich Cathodes

材料科学 原位 阴极 导电体 氧气 相变 纳米技术 电池(电) 相(物质) 降级(电信) 化学工程 析氧 耐久性 化学物理 格子(音乐) 不稳定性 晶体结构 电极 储能 Crystal(编程语言) 复合材料
作者
Yun Liu,Jinyang Dong,Yibiao Guan,Xuanzhi Wang,Zhili Chen,Mengyuan Gao,Shiyuan Guo,Kang Yan,Yun Lu,Meng Wang,Ning Li,Yuefeng Su,Feng Wu,Lai Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (5): e15106-e15106 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adma.202515106
摘要

Abstract Single‐crystal nickel‐rich LiNi x Co y Mn 1‐x‐y O 2 (SCNCM, x ≥ 0.9) has emerged as a promising cathode material for lithium‐ion batteries, owing to high energy density and robust crystal structure. However, severe phase transitions contribute to performance degradation and mechanical instability during long‐term cycling. To address these challenges, a uniform liquid film strategy is proposed for the in situ construction of a 3D Li 1.3 Al 0.1 Sc 0.2 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 (LASTP) conductive network at (003) plane of SCNCM interface. This network establishes an interface bonding—via Sc─O and Al─O bonds—between SCNCM particles and LASTP. The LASTP framework facilitates rapid lithium‐ion conduction, while the Sc─O and Al─O bonds stabilize oxygen vacancies, thereby suppressing oxygen evolution and enhancing interfacial structural integrity. This mitigates the irreversible phase transition (especially O3 to O1) and lattice deformation. The feasibility and effectiveness of this 3D network approach are substantiated through a combination of experimental investigations, DFT calculations, BEVL network analysis, and COMSOL simulations. As expected, the pouch‐type full battery can achieve a satisfactory capacity retention of 83.7% after 1900 cycles (85.8% at 2.8–4.25 V after 1200 cycles). Furthermore, it provides an extraordinary capacity retention of 79.1% with 161.9 mAh g −1 after 800 cycles in 2.8–4.4 V at 50 °C.
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