Holistic Inside‐Out Reconfiguration of Ni‐Rich Cathodes via a Thermally Self‐Driven Strategy for Exceptional Chemomechanical Stability

材料科学 阴极 电解质 煅烧 控制重构 钙钛矿(结构) 化学工程 纳米技术 氧气 热稳定性 热的 格子(音乐) 扩散 溶解 降级(电信) 表面扩散 多孔性 化学稳定性 化学物理 扩散阻挡层 各向异性 氧化物 相(物质) 复合材料 同质性(统计学) 同种类的 热分解 电化学 结构稳定性 亚稳态 分解
作者
Haixia Yu,Shucheng Xu,Hongyuan Song,Guihuan Chen,Ying Jiang,ZhongHan Song,RiZhen Sun,Qinghao Li,Jun Zhou,Yongfu Tang,Yan He,Xiqian Yu,Qiang Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (56): e74572-e74572
标识
DOI:10.1002/adma.74572
摘要

ABSTRACT Ni‐rich layered oxides (LiNi x Co y Mn 1− x − y O 2 , x ≥ 0.8) are indispensable for high‐energy‐density lithium‐ion batteries, yet they suffer from severe chemomechanical degradation driven by the synergy of internal microcracking and interfacial parasitic side reactions. Existing strategies inherently suffer from decoupled regulation of mechanical and chemical instabilities that fail to address these issues holistically. Here, we develop an inside‐out structural reconfiguration strategy driven by the thermal decomposition of nitrates, concurrently tailoring the core, bulk, and surface of NCM811 in a single calcination step. This reconstruction generates a stress‐buffering central pore architecture that effectively homogenizes anisotropic lattice strain and suppresses crack nucleation. Concurrently, the regulated Nd 3+ diffusion forms a coherent Nd 4 [LiNi]O 8 (NLNO) perovskite phase within the bulk lattice, creating a pinning effect that stabilizes the layered framework and enhances charge transport. Furthermore, excess Nd‐species evolve into a conformal NLNO surface coating, acting as a physical barrier and oxygen reservoir to resist electrolyte attack and oxygen evolution. The modified cathode delivers an exceptional capacity retention (95.7% after 200 cycles at 4.5 V) and exceptional rate capability (157.1 mAh g −1 at 5 C). Even under stringent conditions (4.6 V or 45°C), a superior retention of 87.8% is maintained after 200 cycles, demonstrating remarkable chemomechanical robustness.
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