Integrated Surface Modulation of Ultrahigh Ni Cathode Materials for Improved Battery Performance

材料科学 阴极 电化学 阳极 兴奋剂 化学工程 氢氧化物 纳米颗粒 氧化还原 纳米技术 电极 复合材料 光电子学 冶金 化学 物理化学 工程类
作者
Mu‐Yao Qi,Si‐Dong Zhang,Sijie Guo,Pengxiang Ji,Jianjun Mao,Tingting Wu,Siqi Lu,Xing Zhang,Shuguang Chen,Dong Su,GuanHua Chen,Amin Cao
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:7 (7): e2300280-e2300280 被引量:14
标识
DOI:10.1002/smtd.202300280
摘要

Ni-rich layered cathodes with ultrahigh nickel content (≥90%), for example LiNi0.9 Co0.1 O2 (NC0.9), are promising for next-generation high-energy Li-ion batteries (LIBs), but face stability issues related to structural degradation and side reactions during the electrochemical process. Here, surface modulation is demonstrated by integrating a Li+ -conductive nanocoating and gradient lattice doping to stabilize the active cathode efficiently for extended cycles. Briefly, a wet-chemistry process is developed to deposit uniform ZrO(OH)2 nanoshells around Ni0.905 Co0.095 (OH)2 (NC0.9-OH) hydroxide precursors, followed by high temperature lithiation to create reinforced products featuring Zr doping in the crust lattice decorated with Li2 ZrO3 nanoparticles on the surface. It is identified that the Zr4+ infiltration reconstructed the surface lattice into favorable characters such as Li+ deficiency and Ni3+ reduction, which are effective to combat side reactions and suppress phase degradation and crack formation. This surface control is able to achieve an optimized balance between surface stabilization and charge transfer, resulting in an extraordinary capacity retention of 96.6% after 100 cycles at 1 C and an excellent rate capability of 148.8 mA h g-1 at 10 C. This study highlights the critical importance of integrated surface modulation for high stability of cathode materials in next-generation LIBs.
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