Pinning Effects of Heavy Elements for the Structural Stability of Ni-Based Layered Oxides

材料科学 结构稳定性 理论(学习稳定性) 冶金 结构工程 工程类 计算机科学 机器学习
作者
Wontae Lee,Munhyeok Choi,Minji Kim,H. C. Lee,Hyunyoung Park,Jangwhan Seok,Seongeun Lee,Jaeyoung Kim,Soyeong Yun,Yeo-Chang Yoon,Woo-Sang Jung,Jong Pil Kim,Young Min Choi,Jongsoon Kim,Won‐Sub Yoon
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (9): 4527-4534 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c02563
摘要

Ultrahigh-Ni layered oxides enable high-energy lithium-ion batteries (LIBs) but are plagued by lattice collapse, O release, and rapid capacity fade under high temperature and voltage operation. Here, 0.25 mol % Nb and Ta are incorporated into LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2 to elucidate the effect of mass on structural stability. Despite identical oxidation states (+5) and radii (0.64 Å), their mass difference reveals distinct pinning effects. X-ray diffraction and absorption spectroscopy analyses exhibit reduced atomic displacement, reinforced Ni–O bond strength, and expanded Li slab spacing, improving electrochemical performance upon various operating conditions. Moreover, thermal analysis confirms suppressed O release from the lattice structure and a delayed decomposition reaction, with more pronounced stabilization from heavier elements. These findings underscore an atomic-mass-driven materials design strategy as an effective approach for enhancing the durability of ultrahigh-Ni layered cathodes in next-generation LIBs.
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