Induction and Maintenance of Local Structural Durability for High‐Energy Nickel‐Rich Layered Oxides

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作者
Quanxin Ma,Yuqin Wang,Fulin Lai,Junxia Meng,Sydorov Dmytro,Lingfei Zhou,Mengqian Yang,Qian Zhang,Shengwen Zhong
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:6 (6): e2200255-e2200255 被引量:17
标识
DOI:10.1002/smtd.202200255
摘要

Abstract Nickel‐rich layered oxides are one of the most promising cathode candidates for next‐generation high‐energy‐density lithium‐ion batteries. However, due to similar ion radius between Li + and Ni 2+ (0.76 and 0.69 Å), the Li + /Ni 2+ mixing phenomenon seriously hinders the migration of Li + and increases kinetic barrier of Li + diffusion, resulting in limited rate capability. In this work, the introduction of Ce 4+ to effectively improve electrochemical properties of Ni‐rich cathode materials is proposed. The LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (LNCA) is modified with an additional precursor oxidization process using an appropriate amount of (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 . The Ce(NO 3 ) 6 2− easily obtains electrons and generates reduction reactions, while Ni(OH) 2 is prone to electron loss and oxidation reaction. The participation of (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 can promote the oxidation of Ni 2+ to Ni 3+ , thereby reducing the Li + /Ni 2+ mixing and increasing the structural stability of LNCA samples. Ce 4+ cation doping can impede Li + /Ni 2+ mixing of LNCA cathode materials upon the long‐term cycles. Both rate performance and long‐term cyclability of Li[Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ] 0.97 Ce 0.03 O 2 (LNCA‐Ce0.03) sample are significantly improved. Besides, a practical pouch cell based on the cathode presents sufficient gravimetric energy density (≈300 Wh kg −1 ) and cycling stability (capacity retention of 81.3% after 500 cycles at 1 C).
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