Insight into the effect of Nb5+ on the crystal structure and electrochemical performance of the Li-rich cathode materials

阴极 化学 电化学 晶体结构 纳米技术 结晶学 物理化学 材料科学 电极
作者
Ziqi Xie,Xiangchen Wu,Yueying Zhang,Guanting Li,Furui Ma,Wenchao Yan,Yanli Chen,Faqiang Li,Mingdong Zhou
出处
期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:922: 116762-116762 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jelechem.2022.116762
摘要

The density functional theory (DFT) and electronic structure around the Fermi level results show that the binding energy change of Nb-doped samples is much higher than that of the pristine sample. • Nb-doped Li-rich materials are synthesized via a modified one-step sol–gel and high-temperature calcination method. • Nb-doped Li-rich materials show outstanding electrochemical performance. • The electrochemical performance of Nb-doped Li-rich materials was interpreted by the density of states. The Nb-doped Li-rich materials Li 1.2 (Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 ) 1-x Nb x O 2 are synthesized via a modified one-step sol–gel and high-temperature calcination method. The crystal structure and surface morphology of synthesized materials are analyzed through X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. After optimization, the Nb-0.02 sample exhibits exceptional electrochemical performance, that is, the initial discharge-specific capacity of 305.9 mAh g −1 at 0.08 C and 202.6 mAh g −1 at 1 C, respectively. Combined with the result of the density of states (DOS), we found that the doping of Nb 5+ into the crystal structure significantly reduces the value of the band gap of the Li 2 MnO 3 (1.07 eV). At the same time, the strengthened Nb–O bond and Nb 5+ with big ionic radius, regulate the degree of oxygen ion participation in the redox reaction and enhance the electrochemical performance of the Li-rich materials.

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