Layered‐to‐Layered Synthesis of High‐Performance Nickel‐Rich Layered Cathodes via Low‐Temperature Oxidation of Layered Hydroxide Precursor

材料科学 氢氧化物 结晶度 阴极 烧结 化学工程 氧化物 锂(药物) 法拉第效率 氧化镍 过渡金属 碱性电池 分解 金属氢氧化物 阳极 电解质 电极 冶金 复合材料 催化作用 有机化学 物理化学 内分泌学 医学 工程类 化学
作者
Hang Li,Li Wang,Jinkun Wang,Zhibei Liu,Aimin Du,Xiangming He
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (27) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/aenm.202500325
摘要

Abstract Nickel‐rich layered transition metal oxide cathodes, such as LiNi x Co y Mn z O 2 (LiTMO 2 ), are set to revolutionize the capabilities of lithium‐ion batteries with their exceptional energy density. The conventional synthesis method, which entails high‐temperature sintering of MO 6 ‐structured hydroxide precursors, leads to the decomposition of the MO 6 framework to form rock salt. Although it can be reconstituted after lithiation to form a layered structure, structural defects typically remain in the final product. Hereby, a two‐step, low‐temperature oxidation, and lithiation process is introduced, where the MO 6 structure remains, thereby producing outstanding cathode materials. The Ni 0.9 Co 0.05 Mn 0.05 (OH) 2 precursor is initially oxidized at ambient temperature to Ni 0.9 Co 0.05 Mn 0.05 OOH, followed by lithiation below 90 °C. The resulting material exhibits an impressive discharge capacity of over 239.3 mAh g −1 at 0.1C within 2.7–4.3 V, and an initial coulombic efficiency (ICE) of 95.76%. A subsequent high‐temperature treatment significantly enhances crystallinity, further improving the material's discharge capacity, ICE, rate capability, and cycling stability, surpassing those of traditionally sintered materials. This approach is further applied to the synthesis of LiNi 0.825 Co 0.115 Mn 0.06 O 2 and LiNiO 2 , demonstrating its versatility in synthesizing nickel‐rich materials. Additionally, this method helps optimize nickel‐rich LiTMO 2 performance while mitigating initial irreversible reactions.
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