A Gradient Doping Strategy toward Superior Electrochemical Performance for Li‐Rich Mn‐Based Cathode Materials

材料科学 阴极 电化学 兴奋剂 电导率 化学工程 锂(药物) 储能 电极 光电子学 物理化学 化学 热力学 物理 工程类 医学 内分泌学 功率(物理)
作者
Puheng Yang,Shichao Zhang,Ziwei Wei,Xianggang Guan,Jun Xia,Danyang Huang,Yalan Xing,Jia He,Bohua Wen,Bin Liu,Huaizhe Xu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (20): e2207797-e2207797 被引量:66
标识
DOI:10.1002/smll.202207797
摘要

Lithium-rich layered oxides (LLOs) are concerned as promising cathode materials for next-generation lithium-ion batteries due to their high reversible capacities (larger than 250 mA h g-1 ). However, LLOs suffer from critical drawbacks, such as irreversible oxygen release, structural degradation, and poor reaction kinetics, which hinder their commercialization. Herein, the local electronic structure is tuned to improve the capacity energy density retention and rate performance of LLOs via gradient Ta5+ doping. As a result, the capacity retention elevates from 73% to above 93%, and the energy density rises from 65% to above 87% for LLO with modification at 1 C after 200 cycles. Besides, the discharge capacity for the Ta5+ doped LLO at 5 C is 155 mA h g-1 , while it is only 122 mA h g-1 for bare LLO. Theoretical calculations reveal that Ta5+ doping can effectively increase oxygen vacancy formation energy, thus guaranteeing the structure stability during the electrochemical process, and the density of states results indicate that the electronic conductivity of the LLOs can be boosted significantly at the same time. This strategy of gradient doping provides a new avenue to improve the electrochemical performance of the LLOs by modulating the local structure at the surface.
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