Electronic structure formed by Y2O3-doping in lithium position assists improvement of charging-voltage for high-nickel cathodes

兴奋剂 锂(药物) 材料科学 阴极 掺杂剂 电解质 氧气 离子 价(化学) 化学物理 电子结构 光电子学 化学 电极 冶金 医学 计算化学 物理化学 内分泌学 有机化学
作者
Shijie Wang,Kang Liang,Hongshun Zhao,Min Wu,Junfeng He,Peng Wei,Zhengping Ding,Jianbin Li,Xiaobing Huang,Yurong Ren
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1) 被引量:78
标识
DOI:10.1038/s41467-024-52768-7
摘要

High-capacity power battery can be attained through the elevation of the cut-off voltage for LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2 high-nickel material. Nevertheless, unstable lattice oxygen would be released during the lithium deep extraction. To solve the above issues, the electronic structure is reconstructed by substituting Li+ ions with Y3+ ions. The dopant within the Li layer could transfer electrons to the adjacent lattice oxygen. Subsequently, the accumulated electrons in the oxygen site are transferred to nickel of highly valence state under the action of the reduction coupling mechanism. The modified strategy suppresses the generation of oxygen defects by regulating the local electronic structure, but more importantly, it reduces the concentration of highly reactive Ni4+ species during the charging state, thus avoiding the evolution of an unexpected phase transition. Strengthening the coupling strength between the lithium layers and transition metal layers finally realizes the fast-charging performance improvement and the cycling stability enhancement under high voltage. Authors report on restructuring the electronic structure of a high-nickel material by substituting Li+ ions with Y3+ ions. This strategy suppresses the generation of oxygen defects with a reduction coupling mechanism improving high-voltage stability.
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