Strontium Doping Promotes Low-Temperature Growth of Single-Crystalline Ni-Rich Cathodes with Enhanced Electrochemical Performance

材料科学 阴极 电解质 兴奋剂 电化学 镍 化学工程 微晶 分析化学(期刊) 冶金 电极 光电子学 化学 物理化学 工程类 色谱法
作者
Jiaqi Wang,Yunchang Wang,Mengran Zheng,Feipeng Cai
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:18 (6): 1320-1320 被引量:7
标识
DOI:10.3390/ma18061320
摘要

Nickel-rich cathode materials have emerged as ideal candidates for electric vehicles due to their high energy density; however, polycrystalline materials are prone to microcrack formation and unavoidable side reactions with electrolytes during cycling, leading to structural instability and capacity degradation. Herein, an Sr-doped single-crystalline nickel-rich LiNi0.88Co0.05Mn0.07O2/Sr cathode material is synthesized, with Sr doping levels controlled at x = 0.3%, 0.5%, 1 mol%. The nickel-rich LiNi0.88Co0.05Mn0.07O2/Sr cathode features particle sizes of approximately 2 μm, at a relatively low temperature. It inhibits the microcrack formation, prevents electrolyte penetration into the particle interior, and reduce side reactions, thereby enhancing structural stability. This enables the cathode to deliver a high initial discharge capacity of 205.3 mAh g−1at 0.1 C and 170.8 mAh g−1 at 10 C, within the voltage range of 2.7 V–4.3 V, and an outstanding capacity retention of 96.61% at 1 C after 100 cycles. These improvements can be attributed to the Sr-doping, which reduces the single-crystal growth temperature, effectively mitigating Li+/Ni2+ cation mixing. Moreover, the incorporation of Sr expands the interlayer spacing, thereby facilitating Li+ diffusion. The doping strategy employed in this work provides a new insight for low-temperature single-crystal materials synthesis, significantly improving the electrochemical performance of nickel-rich cathode materials.
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