ZnO/TiO2 dual-phase coating engineering on Ni-rich single-crystal NCM cathodes: Synergistic effects for structural integrity and long cycling stability

材料科学 自行车 阴极 相(物质) 涂层 化学工程 对偶(语法数字) 纳米技术 有机化学 物理化学 历史 文学类 工程类 艺术 考古 化学
作者
Yifei Gu,Quan Lu,Yu Zhou,Mingru Su,Yunjian Liu
出处
期刊:Functional Materials Letters [World Scientific]
卷期号:18 (06)
标识
DOI:10.1142/s1793604725510634
摘要

High-nickel single-crystal LiNi[Formula: see text]Co[Formula: see text]Mn[Formula: see text]O2 (SC-NCM811) cathode materials have attracted considerable attention in the field of lithium-ion batteries due to their superior cycling stability and capacity retention when compared to polycrystalline alternatives. However, several critical challenges remain in their commercialization, including increased lithium/nickel mixing, diminished ion diffusivity, irreversible phase transitions, and interfacial instability. These issues limit the performance and long-term stability of nickel-rich cathodes. In this work, we systematically investigate the structural and electrochemical properties of Ni-rich cathodes modified by solid-phase sintering, incorporating nanoscale ZnO and TiO2 dual coatings on the surface of the materials. The dual Zn/Ti coating effectively suppresses interfacial side reactions and reduces Li[Formula: see text]/Ni[Formula: see text] cation mixing, mitigating common issues related to cation disorder. Moreover, the introduction of strong M-O covalent bonds via ion doping during high-temperature sintering enhances the stability of the lattice structure, reinforcing the material’s integrity during cycling. Notably, the ZnTi-NCM sample exhibits a remarkable reversible capacity of 153.99 mAh⋅g[Formula: see text] after 200 cycles, with an impressively low inter-cycle capacity decay rate of only 0.073%, compared to 0.219% for the pristine SC-NCM. This significant improvement in cycling stability can be attributed to the synergistic effects of the Zn/Ti dual coating, which not only prevents detrimental interfacial reactions but also promotes lattice stabilization. This dual-modification strategy offers a promising avenue for the development of high-performance, durable cathode materials for next-generation lithium-ion batteries.
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