Tuning Li2MnO3-Like Domain Size and Surface Structure Enables Highly Stabilized Li-Rich Layered Oxide Cathodes

材料科学 阴极 溶解 煅烧 电化学 化学工程 氧化物 氧气 分压 热稳定性 扩散 氧化还原 环境压力 纳米技术 化学物理 电极 物理化学 热力学 化学 催化作用 工程类 有机化学 冶金 物理 生物化学
作者
Jie Li,Wenting Li,Chao Zhang,Ce Han,Xinping Chen,He Zhao,Hanying Xu,Guixiao Jia,Zelin Li,Jinxing Li,Yujuan Zhang,Xin Dong Guo,Fei Gao,Jing Liu,Xinping Qiu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (17): 16827-16839 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c03666
摘要

Severe capacity/voltage fading still poses substantial obstacles in the commercial applications of Li-rich layered oxides, which stems from the aggregation of Li2MnO3-like domains and unstable surface structure. Here, we report highly stabilized Co-free Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 with uniformly dispersed Li2MnO3-like domains and a protective rock-salt structure shell by reducing the oxygen partial pressure during high-temperature calcination. Experimental characterizations and DFT calculations reveal that the uniformly dispersed and small-sized Li2MnO3-like domains suppress the peroxidation of lattice oxygen, enabling highly reversible oxygen redox and excellent structural stability. Moreover, the induced rock-salt structure shell significantly restrains lattice oxygen release, TM dissolution, and interfacial side reactions, thereby improving the interfacial stability and facilitating Li+ diffusion. Consequently, the obtained Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 which was calcinated under an oxygen partial pressure of 0.1% (LNMO-0.1) delivers a high reversible capacity of 276.5 mAh g-1 at 0.1 C with superior cycling performance (a capacity retention rate of 85.4% after 300 cycles with a small voltage fading rate of 0.76 mV cycle-1) and excellent thermal stability. This work links the synthesis conditions with the domain structure and electrochemical performance of Li-rich cathode materials, providing some insights for designing high-performance Li-rich cathodes.
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