Mechanochemically Robust LiCoO2 with Ultrahigh Capacity and Prolonged Cyclability

材料科学 阴极 容量损失 涂层 纳米技术 插层(化学) 电池(电) 工程物理 光电子学 电气工程 功率(物理) 工程类 无机化学 化学 物理 量子力学
作者
Weiyuan Huang,Jianyuan Li,Qinghe Zhao,Shunning Li,Mingyuan Ge,Jianjun Fang,Zhefeng Chen,Lei Yu,Xiaozhou Huang,Wenguang Zhao,Xiaojing Huang,Guoxi Ren,Nian Zhang,Lunhua He,Jianguo Wen,W. L. Yang,Dongke Zhang,Tongchao Liu,Khalil Amine,Feng Pan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (32) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adma.202405519
摘要

Abstract Pushing intercalation‐type cathode materials to their theoretical capacity often suffers from fragile Li‐deficient frameworks and severe lattice strain, leading to mechanical failure issues within the crystal structure and fast capacity fading. This is particularly pronounced in layered oxide cathodes because the intrinsic nature of their structures is susceptible to structural degradation with excessive Li extraction, which remains unsolved yet despite attempts involving elemental doping and surface coating strategies. Herein, a mechanochemical strengthening strategy is developed through a gradient disordering structure to address these challenges and push the LiCoO 2 (LCO) layered cathode approaching the capacity limit (256 mAh g −1 , up to 93% of Li utilization). This innovative approach also demonstrates exceptional cyclability and rate capability, as validated in practical Ah‐level pouch full cells, surpassing the current performance benchmarks. Comprehensive characterizations with multiscale X‐ray, electron diffraction, and imaging techniques unveil that the gradient disordering structure notably diminishes the anisotropic lattice strain and exhibits high fatigue resistance, even under extreme delithiation states and harsh operating voltages. Consequently, this designed LCO cathode impedes the growth and propagation of particle cracks, and mitigates irreversible phase transitions. This work sheds light on promising directions toward next‐generation high‐energy‐density battery materials through structural chemistry design.
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