Utilizing Diverse Functions of Zirconium to Enhance the Electrochemical Performance of Ni-Rich Layered Cathode Materials

材料科学 阴极 电化学 涂层 兴奋剂 化学工程 锂(药物) 图层(电子) 电极 复合材料 冶金 光电子学 化学 物理化学 工程类 医学 内分泌学
作者
Qiang Li,Zhao Li,Shuaijin Wu,Zhong Wang,Xingge Liu,Wenjin Li,Ning Li,Jiantao Wang,Weidong Zhuang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (12): 11741-11751 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acsaem.0c01851
摘要

Ni-rich cathode (Ni > 0.8) provides a low-cost and high-energy-density solution to the next-generation lithium-ion batteries. Unfortunately, severe capacity fading of Ni-rich cathode caused by the interfacial and bulk structural degradation impeded its application. Herein, Zr doping and Li6Zr2O7 coating are applied to a Ni-rich LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2 (NCM) layered cathode material, and the modified material exhibits excellent cycle stability. The 1%Zr-NCM cathode material maintains a discharge capacity of 173.9 mAh g–1 at 1 C after 200 cycles in the 2.5–4.3 V voltage range at 25 °C, corresponding to a capacity retention of 94.6%; however, the unmodified NCM only delivers 129.9 mAh g–1 (capacity retention 68.6%). The synergistic effect of bulk Zr doping and surface Li6Zr2O7 coating improves the cycle stability of the Ni-rich material. Zr doped into the bulk could form a strong Zr–O bond to stabilize the layered structure, and Zr located in the Li layer can act as a pillar to maintain the layered structure and reduce Li+/Ni2+ mixing. In addition, the Li6Zr2O7 coating layer can also play a dual role in promoting Li+ migration and suppressing surface side reactions. This work demonstrates that sufficiently utilizing zirconium to enhance the electrochemical performance of cathode materials is a feasible and promising strategy.
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