Engineering Reversible Lattice Structure for High‐Capacity Co‐Free Li‐Rich Cathodes with Negligible Capacity Degradation

材料科学 反键分子轨道 阴极 共价键 兴奋剂 晶体结构 空位缺陷 化学物理 原子轨道 化学工程 纳米技术 结晶学 电子 化学 物理化学 光电子学 工程类 物理 有机化学 量子力学
作者
Guangxue Zhao,Tianran Zhang,Ruoyu Wang,Nian Zhang,Lirong Zheng,Xiaobai Ma,Jinbo Yang,Xiangfeng Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (40): e2401839-e2401839 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202401839
摘要

Co-free Li-rich Mn-based cathode materials are garnering great interest because of high capacity and low cost. However, their practical application is seriously hampered by the irreversible oxygen escape and the poor cycling stability. Herein, a reversible lattice adjustment strategy is proposed by integrating O vacancies and B doping. B incorporation increases TM─O (TM: transition metal) bonding orbitals whereas decreases the antibonding orbitals. Moreover, B doping and O vacancies synergistically increase the crystal orbital bond index values enhancing the overall covalent bonding strength, which makes TM─O octahedron more resistant to damage and enables the lattice to better accommodate the deformation and reaction without irreversible fracture. Furthermore, Mott-Hubbard splitting energy is decreased due to O vacancies, facilitating electron leaps, and enhancing the lattice reactivity and capacity. Such a reversible lattice, more amenable to deformation and forestalling fracturing, markedly improves the reversibility of lattice reactions and mitigates TM migration and the irreversible oxygen redox which enables the high cycling stability and high rate capability. The modified cathode demonstrates a specific capacity of 200 mAh g-1 at 1C, amazingly sustaining the capacity for 200 cycles without capacity degradation. This finding presents a promising avenue for solving the long-term cycling issue of Li-rich cathode.
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