Spheroidization: The Impact of Precursor Morphology on Solid‐State Lithiation Process for High‐Quality Ultrahigh‐Nickel Oxide Cathodes

材料科学 氧化物 阴极 固态 形态学(生物学) 过程(计算) 氧化镍 化学工程 冶金 化学 计算机科学 物理化学 工程类 操作系统 生物 遗传学
作者
Wenbiao Liang,Yin Zhao,Liyi Shi,Zhuyi Wang,Shuai Yuan,Shuai Yuan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (34): e202407477-e202407477 被引量:34
标识
DOI:10.1002/anie.202407477
摘要

Layered oxides with ultrahigh nickel content are considered promising high energy cathode materials. However, their cycle stability is constrained by a series of heterogeneous structural transformations during the complex solid-state lithiation process. By in-depth investigation into the solid-state lithiation process of LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2, it is found that the protruded parts on the surface of precursor particles tend to be surrounded by locally excessive LiOH, which promotes the formation of a rigid and dense R 3 - m ${{\rm { R}}\mathrel{\mathop{{\rm { 3}}}\limits^{{\rm -}}}{\rm { m}}}$ shell during the early stage of lithiation process. The shell will hinder the diffusion of lithium and topotactic lithiation within the particles, culminating in spatially heterogeneous intermediates that can impair the electrochemical properties of the cathode material. The spheroidization of the precursor can enhance uniformity in structural evolution during solid-phase lithiation. Ultrahigh nickel cathodes derived from spherical precursors demonstrate high initial discharge specific capacity (234.2 mAh g-1, in the range of 2.7-4.3 V) and capacity retention (89.3 % after 200 cycles), significantly superior to the non-spherical samples. This study not only sheds light on the intricate relationship between precursor shape and structural transformation but also introduces a novel strategy for enhancing cathode performance through precursor spheroidization.
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