Enhancing cyclic stability of lithium-rich manganese-based cathode materials via a three-in-one strategy with single crystallization, surface coating and bulk phase doping

材料科学 结晶 兴奋剂 阴极 锂(药物) 涂层 化学工程 相(物质) 复合材料 冶金 光电子学 物理化学 医学 化学 有机化学 工程类 内分泌学
作者
Xiaoling Cui,Jiawen Zhang,Chengyu Li,Xingpeng Cai,Junfei Zhou,Hao Ding,J.Z. Bai,Ningshuang Zhang,Meiling Wu,Jingxuan Yan,Yuanyuan Zhang,Shiyou Li
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:290: 120951-120951 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2025.120951
摘要

The common polycrystalline lithium-rich manganese-based cathode materials (LRM) always show various side reactions due to their serious microcracks after cycling, which leads to poor long-cycle stability. Herein, a MgCO 3 molten salt-assisted sintering method is used to achieve a three-in-one modification of LRM by morphological single crystallization, surface MgO coating and bulk-phase Mg 2+ doping. First, MgCO 3 promotes the formation of single-crystallized LRM, and the as-synthetized materials have high mechanical strength to effectively suppress the formation of microcrack. Second, the thermal decomposition of MgCO 3 in-situ results in a uniform MgO coating layer on the LRM surface, avoiding the washing step of removing molten salt , and preventing the direct contact between the material and the electrolyte. Third, a small amount of Mg 2+ enters the lattice structure of LRMs, healing the structural defects caused by the volatilization of lithium during high temperature calcination , and realizing the in-situ trace doping of Mg 2+ at Li sites. As a result, the three-in-one modified materials suppress the corrosion by the electrolyte, inhibit the irreversible loss of oxygen and the migration of transition metal ions , reduce the charge-transfer impedance, and alleviate the phase transition, thus ensuring the excellent electrochemical performances of half-cells. This work not only provides a simple and effective modification strategy to enhance the long cycling performance of LRM at high voltage, but also opens up new perspective for the development of high-energy-density lithium-ion batteries (LIBs).
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