Understanding of the Irreversible Phase Transition and Zr-Doped Modification Strategy for a Nickel-Rich Cathode under a High Voltage

电化学 阴极 材料科学 相(物质) 锂(药物) 离子 电极 化学工程 分析化学(期刊) 化学 冶金 物理化学 内分泌学 工程类 有机化学 医学 色谱法
作者
Chen Wu,Rong Li,Ting Chen,Tianzhao Hu,Daqiang Wang,Lang Qiu,Benhe Zhong,Zhenguo Wu,Xiaodong Guo
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (11): 3651-3660 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c08633
摘要

Increasing the nickel content and broadening the voltage window are important means for LiNixCoyMn1–x–yO2 layered cathodes with low cost and high energy density, but these nickel-rich cathodes often suffer from structural instability and unsatisfactory cyclic performance. The systematic and detailed degradation mechanism especially under a high voltage is still unclear, which hinders the further development of nickel-rich cathodes. Our results show that due to the migration of high valence nickel ions to lithium sites, especially upon the deep removal of Li+ ions, the nickel-rich cathode undergoes an irreversible phase transformation from a layered structure to a spinel or even rock-salt phase. Such irreversible phase transitions within a wide voltage window would cause insufficient lithium utilization and voltage decay, finally deteriorating the electrochemical performance of nickel-rich cathodes. In a narrow voltage range of 3.0–4.3 V, the capacity retention of the Ni-rich cathode is 93.4%, and the voltage fading is only 40 mV after 250 cycles. However, the cathode only exhibits a capacity retention of 77.4% with a significant voltage decay over 180 mV, as the voltage range further extends to 3.0–4.6 V. Furthermore, various characterizations and electrochemical performances demonstrate that the strengthened metal–oxygen bonds in the transition layer can produce stable structures and suppress phase transitions, thereby displaying superior electrochemical performance in the widened voltage window. As a result, the cycling retention of a Zr-doped cathode reaches 84.5%, and the voltage decay is only 50 mV after 250 cycles at 3.0–4.6 V, which exhibits excellent long-term cycle performance. These insights provide guidance for understanding the electrochemical mechanism and the design of high-voltage cathode materials.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
kk完成签到,获得积分10
2秒前
嗯嗯完成签到 ,获得积分10
8秒前
吉吉完成签到,获得积分10
12秒前
cq_2完成签到,获得积分0
13秒前
14秒前
17秒前
17秒前
凡凡完成签到,获得积分10
18秒前
兰园蓝完成签到,获得积分10
19秒前
简单的元珊完成签到 ,获得积分10
19秒前
zhaojiantgu完成签到,获得积分10
20秒前
丘比特应助英吉利25采纳,获得10
20秒前
26秒前
Renee发布了新的文献求助10
30秒前
NAN完成签到 ,获得积分10
38秒前
fatcat完成签到,获得积分10
39秒前
43秒前
香菜冲冲冲完成签到 ,获得积分10
47秒前
49秒前
科研人完成签到 ,获得积分10
51秒前
Renee发布了新的文献求助10
53秒前
mito完成签到,获得积分10
54秒前
afterglow完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
千帆破浪完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
babylow完成签到,获得积分10
1分钟前
Renee发布了新的文献求助10
1分钟前
1分钟前
小胖完成签到 ,获得积分10
1分钟前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
田様应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
上官若男应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
无极微光应助科研通管家采纳,获得20
1分钟前
1分钟前
1分钟前
1分钟前
班尼肥鸭完成签到 ,获得积分10
1分钟前
小白完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 640
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6444807
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8258579
关于积分的说明 17591494
捐赠科研通 5504451
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2901543
邀请新用户注册赠送积分活动 1878538
关于科研通互助平台的介绍 1718106