Integrated Oxygen-Constraining Strategy for Ni-Rich Layered Oxide Cathodes

材料科学 阴极 氧化物 氧气 化学工程 纳米技术 光电子学 冶金 化学 工程类 物理化学 有机化学
作者
Miao Chang,Fangyuan Cheng,Wen Zhang,Mengyi Liao,Qing Li,Chun Fang,Jiantao Han
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (1): 712-721 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c11901
摘要

Surface engineering is sought to stabilize nickel-rich layered oxide cathodes in high-energy-density lithium-ion batteries, which suffer from severe surface oxygen loss and rapid structure degradation, especially during deep delithiation at high voltages or high temperatures. Here, we propose a well-designed oxygen-constraining strategy to address the crisis of oxygen evolution. By integrating a La, Fe gradient diffusion layer and a LaFeO 3 coating into the Ni-rich layered particles, along with incorporating an antioxidant binder into the electrodes, three progressive lines of defense are constructed: immobilizing the lattice oxygen at the subsurface, blocking the released oxygen at the interface, and capturing the residual singlet oxygen on the external surface. As a result, effective surface passivation, mitigated bulk and surface degradation, suppressed side reactions, and enhanced electrochemical performance are achieved, far beyond conventional single surface modification. The Ni-rich layered oxide cathodes with integrated oxygen-constraining modifications demonstrate impressive cycling stability in both half-cells and full cells, achieving stable long-term cycling even at a high cutoff voltage of 4.7 V and a high temperature of 45 °C. This work provides a multilevel oxygen-constraining strategy, which can be extended to various layered oxide cathodes involving oxygen release challenges, providing an effective path for the development of high-energy-density lithium-ion batteries.
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