Enhancing Thermal and High-Voltage Cycling Stability of Ni-Rich Layered Cathodes through a Ti-Doping-Induced Surface-Disordered Structure

材料科学 阴极 氧化物 电解质 热稳定性 电化学 中子衍射 扫描透射电子显微镜 密度泛函理论 化学物理 透射电子显微镜 纳米技术 化学工程 电极 结晶学 晶体结构 化学 物理化学 冶金 计算化学 工程类
作者
Hong Zhang,Kang Wu,Na Li,Xin Deng,Jianyue Jiao,Enyue Zhao,Wen Yin,Bao‐Tian Wang,Jinkui Zhao,Xiaoling Xiao
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (10): 12673-12681 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c02305
摘要

Due to the high-energy density and potential cost advantage, Ni-rich layered oxide cathodes have attracted attention in electric vehicles. However, the inferior thermal stability and long-term cycling stability in a deeply charged state seriously restrict their large-scale applications. The oxygen topotactic lattice structure degradation caused by the irreversible anionic redox reaction has been considered one of the main reasons that cause the abovementioned electrochemical issues. Herein, we propose a modification strategy by constructing a surface-disordered structure to improve the thermal and high-voltage oxygen lattice structure stability of Ni-rich layered cathodes. Density functional theory calculations indicate that Ti4+ with a d0 electronic structure can be used as the inducer of surface-disordered structures. We directly demonstrate the successful design of a surface-disordered structure on the LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 model compound through neutron diffraction and scanning transmission electron microscopy measurements. The constructed surface-disordered structure can enhance the thermal and high-voltage cycling stability of LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2. Furthermore, in situ X-ray diffraction and surface structure analyses indicate that this surface-disordered structure can improve the reversibility of bulk structure transition and stability of the formed cathode electrolyte interphase. This facile construction method of the surface-disordered structure provides a reference for industry and other layered oxide cathodes.
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