Stable heteroepitaxial interface of Li-rich layered oxide cathodes with enhanced lithium storage

材料科学 法拉第效率 阴极 电化学 氧化物 锂(药物) 氧化还原 离子键合 电极 化学工程 离子 物理化学 冶金 医学 化学 工程类 内分泌学 物理 量子力学
作者
Zhengping Ding,Chunxiao Zhang,Sheng Xu,Jiatu Liu,Chaoping Liang,Libao Chen,Peng Wang,Douglas G. Ivey,Yida Deng,Weifeng Wei
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:21: 69-76 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2018.12.004
摘要

Lithium and oxygen activities can have substantial influences on the kinetics of ion and electron transport and the structural integrity of Li-rich layered oxide (LLO) cathodes, since reversible oxygen redox is ascribed to the extra capacity beyond the theoretical capacity from transition metal redox at high voltages. Herein, we demonstrate a liquid-solid interfacial reaction to generate a heteroepitaxial interface with tunable Li/O activities on LLOs using molten boric acid. The experimental and theoretical analyses indicate that the atomic scale interface is comprised of a disordered rock salt structure containing substantial Li/O vacancies along the layered structure, associated with a segregation tendency of Ni and Co. The formation of this heteroepitaxial interface with Li/O vacancies improves the ionic/electronic conduction and electrochemical/structural stability, leading to a high discharge capacity of 283 mA h g-1 with initial Coulombic efficiency of 91.7% (0.1 C, 2.0–4.7 V vs. Li+/Li), excellent rate performance (246 and 159.7 mAh g-1 at 1 C and 10 C, respectively) and enhanced cyclic performance with a capacity retention of 92% after 100 cycles. The findings highlight the importance of a well-engineered interface for the design of high performance layered cathode materials for Li storage.

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