Boosting Ni‐Rich Cathode Stability Through Grain Boundary Strengthening and Phase Transition Degradation Suppression

材料科学 电解质 晶界 晶间腐蚀 阴极 兴奋剂 开裂 化学工程 复合材料 合金 光电子学 微观结构 电极 化学 物理化学 工程类
作者
Ge Qu,Xinlong Chen,Fangzhou Yang,Zhiqi Yang,Ganxiong Liu,Jinhyuk Lee,Richie Fong,Jianxin Tian,Rui Wen,Chao Wang,Yunhui Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (23): e2502609-e2502609 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202502609
摘要

Abstract Nickel‐rich layered cathodes are promising for high‐energy‐density lithium‐ion batteries but suffer from rapid capacity fading, primarily due to intergranular cracking and structural degradation during the H2‐H3 phase transition, especially under high voltage. To address these challenges, a novel Ta 5+ /Ti 4+ co‐doping strategy has been introduced that simultaneously stabilizes grain boundaries and enhances the mechanical strength of the cathode. The dopants effectively mitigate intergranular cracking and form a pre‐cation‐mixing layer, stabilizing the layered structure during deep delithiation and preventing structural collapse. Moreover, this co‐doping approach also improves the reversibility of the H2‐H3 phase transition and reduces lattice distortions, thereby enhancing cycling stability. As a result, the co‐doped cathode exhibits excellent capacity retention of 96.66% after 150 cycles at 1 C in liquid electrolyte. In solid‐state batteries, it demonstrates superior interfacial compatibility with significantly reduced side reactions with the solid electrolyte, achieving a high initial capacity of 181.4 mAh g −1 and retaining 89.3% of its capacity after 100 cycles. This marks a significant improvement over the pristine cathode. These results highlight the effectiveness of Ta 5+ /Ti 4+ co‐doping as a pratical strategy for developing high‐performance nickel‐rich cathodes for next‐generation lithium‐ion batteries.
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