A Three in One Strategy to Achieve Zirconium Doping, Boron Doping, and Interfacial Coating for Stable LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Cathode

材料科学 阴极 锆 化学工程 掺杂剂 锂(药物) 兴奋剂 涂层 煅烧 热稳定性 Crystal(编程语言) 电池(电) 硼 纳米技术 冶金 催化作用 物理化学 热力学 光电子学 有机化学 功率(物理) 物理 程序设计语言 化学 内分泌学 工程类 医学 生物化学 计算机科学
作者
Ze Feng,Ranjusha Rajagopalan,Shan Zhang,Dan Sun,Yougen Tang,Yu Ren,Haiyan Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:8 (2): 2001809-2001809 被引量:121
标识
DOI:10.1002/advs.202001809
摘要

Abstract LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathodes suffer from severe bulk structural and interfacial degradation during battery operation. To address these issues, a three in one strategy using ZrB2 as the dopant is proposed for constructing a stable Ni‐rich cathode. In this strategy, Zr and B are doped into the bulk of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, respectively, which is beneficial to stabilize the crystal structure and mitigate the microcracks. Meanwhile, during the high‐temperature calcination, some of the remaining Zr at the surface combined with the surface lithium source to form lithium zirconium coatings, which physically protect the surface and suppress the interfacial phase transition upon cycling. Thus, the 0.2 mol% ZrB2‐LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode delivers a discharge capacity of 183.1 mAh g−1 after 100 cycles at 50 °C (1C, 3.0–4.3 V), with an outstanding capacity retention of 88.1%. The cycling stability improvement is more obvious when the cut‐off voltage increased to 4.4 V. Density functional theory confirms that the superior structural stability and excellent thermal stability are attributed to the higher exchange energy of Li/Ni exchange and the higher formation energy of oxygen vacancies by ZrB2 doping. The present work offers a three in one strategy to simultaneously stabilize the crystal structure and surface for the Ni‐rich cathode via a facile preparation process.
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