New Insight into Bulk Structural Degradation of High-Voltage LiCoO2 at 4.55 V

阴极 材料科学 降级(电信) 电化学 氧化物 锂(药物) 电压 纳米技术 化学物理 化学 电气工程 电极 物理化学 冶金 工程类 医学 内分泌学
作者
Weiguang Lin,Wei Su,Ting Lin,Shiyu Wang,Jing Chen,Ang Gao,Yingchun Lyu,Dongdong Xiao,Qinghua Zhang,Lin Gu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (24): 7150-7157 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00688
摘要

The aggravated mechanical and structural degradation of layered oxide cathode materials upon high-voltage charging invariably causes fast capacity fading, but the underlying degradation mechanisms remain elusive. Here we report a new type of mechanical degradation through the formation of a kink band in a Mg and Ti co-doped LiCoO2 cathode charged to 4.55 V (vs Li/Li+). The local stress accommodated by the kink band can impede crack propagation, improving the structural integrity in a highly delithiated state. Additionally, machine-learning-aided atomic-resolution imaging reveals that the formation of kink bands is often accompanied by the transformation from the O3 to O1 phase, which is energetically favorable as demonstrated by first-principles calculations. Our results provide new insights into the mechanical degradation mechanism of high-voltage LiCoO2 and the coupling between electrochemically triggered mechanical failures and structural transition, which may provide valuable guidance for enhancing the electrochemical performance of high-voltage layered oxide cathode materials for lithium-ion batteries.
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