Achieving structural stability of LiCoO2 at high-voltage by gadolinium decoration

钆 材料科学 电解质 电化学 阴极 化学工程 表面改性 结构稳定性 电极 纳米技术 物理化学 化学 结构工程 冶金 工程类
作者
Shuaipeng Hao,Yunjiao Li,Shan Wang,Jiachao Yang,Zhouliang Tan,Xiaohui Li,Xinjie Shen,Xiaoming Xi,Junchao Zheng,Zhenjiang He
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:25: 100980-100980 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2022.100980
摘要

Raising the cut-off voltages is the easiest way to approach the theoretical specific capacity of LiCoO2 (274 mAh g−1). However, an elevated voltage can lead to severe structural degradation and side-reactions at the electrode/electrolyte interface, therefore the excellent electrochemical performance of LiCoO2 is hardly achievable. Hereby, we adopt the gadolinium modification strategy to simultaneously enhance the structural and interfacial stability of LiCoO2 cathode materials. Introducing gadolinium into the transition metal layers can suppress the layered structure collapse triggered by the irreversible phase transition. The interfacial stability is also significantly improved with the gadolinium oxide coating layer formed on the surface of LiCoO2, which separates the cathode from the electrolyte. Therefore, the gadolinium-modified LiCoO2 exhibits a capacity retention of 82.7% after 100 cycles at 3.0–4.6 V, 0.5C. Moreover, density functional theory (DFT) calculations demonstrate that the gadolinium modification of LiCoO2 shortens the Co–O bond length to inhibit lattice oxygen release and reduce the Li+ migration barrier, thus exhibiting a capacity of 149.5 mAh g−1 even at 8C. This research will provide novel insights into the structural and interfacial modification of the high-voltage LiCoO2, making a meaningful contribution towards optimizing the electrochemical performance.
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