Improving high-voltage electrochemical performance of LiCoO2 by Nd2O3 modification

材料科学 电解质 电化学 阴极 化学工程 电极 涂层 表面改性 烧结 晶体结构 复合材料 结晶学 物理化学 化学 工程类
作者
Shijie Jiang,Shuaipeng Hao,Zhouliang Tan,Jiachao Yang,Yunjiao Li,Zhengjiang He
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:49 (22): 35406-35413 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.08.216
摘要

High-voltage LiCoO2 (LCO) is currently the most promising cathode material for portable electronic devices, however, its further development is hindered by the accelerated structural decline that results from increasing the cut-off voltage. This article presents a facile solid-phase sintering approach for synthesizing Nd2O3-modified LCO in a one-step process. The crystal parameters of LCO after Nd2O3 modification increase, and a coating layer of Nd2O3 was formed on the surface. Meanwhile, a fraction of Nd3+ ions diffused into the surface layer of LCO to replacing Li + sites, which leads to an increase in lattice parameters. The electrochemically inert Nd3+ can serve as an anchoring pillar within the Li layer, playing a role in enhancing lattice stability. Moreover, the proportion of lattice oxygen in the Nd4000 structure was determined to be 56.82%, which is significantly higher than that of bare LCO (51.81%), leading to an improved structural stability. The Nd2O3 modification also significantly suppressed the side reactions at the electrode-electrolyte interface, thereby reducing the thickness of the CEI film and increasing the Li+ diffusion rate, ultimately resulting in superior electrochemical performance. Notably, the optimized Nd4000 exhibited a capacity retention of 86.19% after 300 cycles at 1.0C and 3.0∼4.5 V, while bare LCO only retained 38.63% of its initial capacity.
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