New Ion Substitution Method to Enhance Electrochemical Reversibility of Co‐Rich Layered Materials for Li‐Ion Batteries

材料科学 掺杂剂 离子 电化学 兴奋剂 阴极 密度泛函理论 纳米技术 化学物理 化学工程 电极 物理化学 光电子学 计算化学 有机化学 化学 工程类
作者
Pilgun Oh,Jeongsik Yun,Jae Hong Choi,Gyutae Nam,Seohyeon Park,Tom James Embleton,Moonsu Yoon,Se Hun Joo,Su Hwan Kim,Haeseong Jang,Hyungsub Kim,Min Gyu Kim,Sang Kyu Kwak,Jaephil Cho
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (1) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/aenm.202202237
摘要

Abstract The recent development of high‐energy LiCoO 2 (LCO) and progress in the material recycling technology have brought Co‐based materials under the limelight, although their capacity still suffers from structural instability at highly delithiated states. Thus, in this study, a secondary doping ion substitution method is proposed to improve the electrochemical reversibility of LCO materials for Li‐ion batteries. To overcome the instability of LCO at highly delithiated states, Na ions are utilized as functional dopants to exert the pillar effect at the Li sites. In addition, Fe‐ion substitution (secondary dopant) is performed to provide thermodynamically stable surroundings for the Na‐ion doping. Density functional theory calculations reveal that the formation energy for the Na‐doped LCO is significantly reduced in the presence of Fe ions. Na and Fe doping improve the capacity retention as well as the average voltage decay at a cutoff voltage of 4.5 V. Furthermore, structural analysis indicates that the improved cycling stability results from the suppressed irreversible phase transition in the Na‐ and Fe‐doped LCO. This paper highlights the fabrication of high‐energy Co‐rich materials for high voltage operations, via a novel ion substitution method, indicating a new avenue for the manufacturing of layered cathode materials with a long cycle life.

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