Significantly Fastened Redox Kinetics in Single Crystal Layered Oxide Cathode by Gradient Doping

材料科学 阴极 单晶 兴奋剂 氧化还原 无机化学 动力学 氧化物 结晶学 光电子学 冶金 物理化学 化学 量子力学 物理
作者
Sidra Jamil,Muhammad Fasehullah,Bushra Jabar,Pan Liu,Muhammad Kashif Aslam,Yi Hang Zhang,Shu‐Juan Bao,Maowen Xu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:94: 106961-106961 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.106961
摘要

Nickel-rich layered cathode is a forefront candidate for lithium-ion batteries; however, structural degradation such as intragranular cracking and phase transition in polycrystals focus researchers’ attention towards single-crystals. Nevertheless, the sluggish ionic transport and redox kinetics in single-crystals hinder their rate capability and electrochemical performance in harsh conditions. Herein, a synergy of gradient Nb doping on single-crystal LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 stabilizes the core by strong Nb-O bond and induces Li/Ni antisite migration forming a disordered buffer layer on the surface. The disordered structure maintains the structural integrity by suppressing the phase transition and triggering the Li+ transport. Thus, the modified single-crystal ([email protected]) delivers remarkable capacity retention of 92.54% after 100 cycles at 1 C between 2.7 and 4.3 [email protected] 25 °C (84.26% for SNCM, respectively) and 86.7% at an elevated temperature of 55 °C (SNCM 76.69%). The fast redox kinetics results in remarkably enhanced rate capability and ultra-stable high voltage performance at 4.5 V with [email protected] delivers an initial discharge capacity of 285.2 mAh g−1 with retention of 79.8% (SNCM with 192.1 mAh g−1, 64.1%). The findings of this study provide advancement for the inadequate kinetic properties of single-crystal Ni-rich cathodes under harsh operational conditions.
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