Stabilizing Ni‐rich Single‐crystalline LiNi0.83Co0.07Mn0.10O2 Cathodes using Ce/Gd Co‐doped High‐entropy Composite Surfaces

材料科学 阴极 离子 掺杂剂 氧气 化学工程 兴奋剂 化学 物理化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Jing Li,Hui Ying Yang,Qiang Deng,Wanming Li,Qimeng Zhang,Zihan Zhang,Youqi Chu,Chenghao Yang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (10): e202318042-e202318042 被引量:57
标识
DOI:10.1002/anie.202318042
摘要

Abstract Ni‐rich layered oxides are promising lithium‐ion batteries (LIBs) cathode materials for their high reversible capacity, but they suffer from fast structural degradation during cycling. Here, we report the Ce/Gd incorporated single‐crystalline LiNi 0.83 Co 0.07 Mn 0.10 O 2 (SC‐NCM) cathode materials with significantly enhanced cycling stability. The Gd ions are adequately incorporated in SC‐NCM while Ce ions are prone to aggregate in the outer surface, resulting in the formation of a high‐entropy zone in the near‐surface of SC‐NCM, including a Gd doped LiCeO 2 (LCGO) shell and Ce/Gd dopant‐concentrated layer. The high‐entropy zone can effectively inhibit the oxygen evolution and prevent the formation of oxygen vacancies. Meanwhile, it leads to a greatly improved H2‐H3 phase transformation reversibility and mitigated stress/strain caused by Li‐ion extraction/insertion during (de)lithiation process. The synergetic effects of reduced oxygen vacancies concentration and mitigated stress/strain can effectively prevent the in‐plane migration of TM ions, lattice planar gliding as well as the formation of intragranular nanocracks. Consequently, Ce/Gd incorporated SC‐NCM (SC‐NCM@CG2) delivers a high initial discharge specific capacity of 219.7 mAh g −1 at 0.1 C and an excellent cycling stability with a capacity retention of 90.2 % after 100 cycles at 1.0 C.
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