Synergistic Bulk‐Surface Modulation Stabilizing LiCoO 2 at 4.65 V via Zr‐Pillaring and In Situ Lattice‐Matching Engineering

材料科学 涂层 原位 化学工程 钴 表面改性 表面工程 氧气 氧化物 阴极 氧化还原 氧化钴 相(物质) 密度泛函理论 锂(药物) 降级(电信) 电极 相变 电化学 纳米技术 粘附 过渡金属 结构稳定性 化学 纳米点 格子(音乐) 反应性(心理学)
作者
Guanming Yang,Jianhang Cui,Bingwu Zhou,Xin Meng,Yun Zhao,Wenglam Wong,Yuqiong Kang,Hao Du,Xiaoyu Zhou,Jichang Liu,Jue Gong,Baohua Li,Jiajun Wang,Haiping Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (41): e3474461-e3474461
标识
DOI:10.1002/anie.3474461
摘要

ABSTRACT Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 , LCO) is a critical cathode material for high‐energy‐density lithium‐ion batteries, yet its application above 4.55 V (vs. Li/Li + ) is severely limited by structural degradation via the O3→H1‐3 phase transition, lattice oxygen loss, and cobalt dissolution. Here, we report a synergistic bulk‐surface modification strategy combining Zr‐pillaring (LZCO) with in situ LiCoPO 4 coating (LZCO@P) to stabilize LCO at 4.65 V. Zr‐pillaring stabilizes the lattice and suppresses phase transition by expanding the O 2p‐Co 3d band gap, as suggested by density functional theory (DFT), to mitigate oxygen redox activity. Lattice‐matched interfacial engineering between LZCO and LiCoPO 4 coating results from interfacial P–O tetrahedral formation, which enhances mechanical adhesion and reduces oxygen surface reactivity of LZCO. Consequently, LZCO@P achieves 80.8% capacity retention after 1000 cycles at 1 C (3.5–4.65 V) and 91.2% after 1000 cycles at 3 C (3.5–4.65 V). A practical Li||LZCO@P pouch cell retains 92.3% capacity after 160 cycles at 1 C (3.0–4.6 V). The synergistic bulk‐surface modification strategy contributes through different mechanisms and comprehensively improves the cycling stability of LZCO@P at 4.65 V.
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