Zn/Ti dual concentration-gradients surface doping to improve the stability and kinetics for Li-rich layered oxides cathode

材料科学 阴极 动力学 电化学 化学工程 兴奋剂 氧化还原 过渡金属 无机化学 电极 化学 冶金 催化作用 生物化学 量子力学 物理 工程类 物理化学 光电子学
作者
Wenhua Cheng,Juan Ding,Zhenjie Liu,Jing Zhang,Qingcui Liu,Xingchao Wang,Lei Wang,Zhipeng Sun,Ya‐Jun Cheng,Zhuijun Xu,Yuhan Lei,Jiulin Wang,Yudai Huang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:451: 138678-138678 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138678
摘要

Li-rich layered oxides (LLOs) with high specific capacity and low cost are potential cathode materials for next-generation lithium-ion batteries (LIBs). However, surface side reactions and structural instability at high operating voltages lead to poor cycling performance and sluggish kinetics. Herein, we report a novel Zn/Ti dual concentration-gradients surface modification strategy for LLOs, in which the Ti content gradually increases from the interface to the particle interior while the Zn content gradually decreases and finally remains at a relatively stable level. This strategy successfully induces the formation of functionalized surfaces and the Ti doping is more favorable to stabilize Mn4+, while the subsequent Zn doping is more benign to Ni3+. In addition, the strong Ti-O bond serves to stabilize the oxygen framework, while the blocking effect of Zn2+ in the Li layer inhibits the migration path of transition metal (TM) elements. In conclusion, the synergistic effect of double ion co-doping stabilizes the surface structure, improves the redox kinetics, and mitigates the degradation of electrochemical performance, with 24.1% increase in capacity retention compared to the pristine LLOs after 150 cycles at 0.5 C. This study provides an effective strategy for the design of robust LLOs cathode materials for LIBs.
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