Topotaxially grown composite cathodes for cobalt-free high-energy long-life Li-ion batteries

材料科学 阳极 复合数 阴极 电池(电) 氧化物 电压 氧化钴 锂(药物) 化学工程 化学计量学 混溶性 纳米技术 电极 钾离子电池 自行车 联锁 锂钴氧化物 光电子学 电气化 氧气 导电体 结构稳定性 过电压 容量损失 储能 复合材料 相(物质) 制作 锂电池 序列(生物学)
作者
Junyi Yao,Sizhan Liu,Wujun Zhang,Lijun Wu,Zhenjie Zhang,Ping He,Yanbin Shen,Chen Liwei,Mingyuan Ge,Lu Ma,Xiaotian Zhu,Kaihua Xu,Kun Zhang,Feng Wang,Jianqing Zhao,Jianming Bai,Junyi Yao,Sizhan Liu,Wujun Zhang,Lijun Wu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:16 (1): 10199-10199
标识
DOI:10.1038/s41467-025-63258-9
摘要

Abstract The vehicle industry’s increasing demand for electrification necessitates the removal of expensive and rare cobalt from current high-energy batteries. However, eliminating cobalt poses challenges due to its vital role in maintaining the layered structural ordering and cycling stability of commonly used Li(NiMnCo)O 2 cathodes. As an alternative to conventional layered oxide designs, we report a lithium nickelate cathode with a composite structure comprising major stoichiometric layered and minor rocksalt phases within the same oxygen lattice. This material outperforms conventional designs by maintaining stable battery operation at voltages up to 4.8 V vs. Li|Li + , with 88% capacity retention after 1000 cycles at 2C. The topotaxial-growth-enabled interlock between the two components mitigates chemo-mechanical degradation, offering a promising pathway to cobalt-free cathodes. Additionally, we reveal a miscibility gap in the Li-Ni-O system that enables kinetic adjustment of composition and structure during sintering, thereby tuning the functionality of high-energy cathodes.

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