Revealing Gliding-Induced Structural Distortion in High-Nickel Layered Oxide Cathodes for Lithium-Ion Batteries

材料科学 阴极 锂(药物) 氧化镍 离子 氧化物 失真(音乐) 纳米技术 无机化学 光电子学 冶金 化学 物理化学 有机化学 放大器 内分泌学 医学 CMOS芯片
作者
Dongyan Yu,Guifan Zeng,Diancheng Chen,Yawen Yan,Yue Zou,Qirui Liu,Kang Zhang,Kai Fang,Juping Xu,Wen Yin,Yuhao Hong,Tian Qiu,Hong‐Gang Liao,Xiaoxiao Kuai,Yang Sun,Yu Qiao,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (40): 27654-27664 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c09354
摘要

After charging to a high state-of-charge (SoC), layered oxide cathodes exhibit high capacities but suffer from gliding-induced structural distortions caused by deep Li depletion within alkali metal (AM) layers, especially for high-nickel candidates. In this study, we identify the essential structure of the detrimental H3 phase formed at high SoC to be an intergrowth structure characterized by random sequences of the O3 and O1 slabs, where the O3 slabs represent Li-rich layers and the O1 slabs denote Li-depleted (or empty) layers that glide from the O3 slabs. Moreover, we adopt two doping strategies targeting different doping sites to eliminate the formation of Li-vacant O1 slabs. First, we introduce direct transition metal (TM) pillars between TMO2 slabs achieved through dopants (e.g., Nb) positioned within AM layers, significantly improving the cycling stability. Second, we introduce indirect Li pillars achieved through dopants located at TM layers to adjust the Li-O bond strength. While this strategy can regulate the uniformity of Li at the slab level, it results in an uneven Li distribution at the particle scale, ultimately failing to enhance the electrochemical performance. Our established research strategy facilitates the realization of diverse pillars between TMO2 slabs through doping, thereby offering guidance for stabilizing high-capacity layered oxide cathodes at high SoC.
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