Stabilizing lattice oxygen in slightly Li-enriched nickel oxide cathodes toward high-energy batteries

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作者
Tong Zhou,Han Wang,Yong Wang,Peixin Jiao,Zhimeng Hao,Kai Zhang,Jin Xu,Jia-Bing Liu,Yu‐Shi He,Yixiao Zhang,Liwei Chen,Linsen Li,Wei Zhang,Zi‐Feng Ma,Jun Chen
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:8 (10): 2817-2830 被引量:78
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2022.07.023
摘要

Lattice oxygen release (LOR), which promotes surface structural degradation and electrolyte decomposition, is a major contributor to capacity fade and thermal runaway in layered oxide cathodes. Despite decades of research, it is still a great challenge to stabilize the lattice oxygen, especially in deeply delithiated cathodes. Here, we demonstrate an Li-enrichment strategy to revive lithium nickel oxide (LNO), a high-energy cathode (>900 Wh kg−1) long plagued by poor cycle performance and thermal instability. In a slightly Li-enriched LNO (Li1.04Ni0.96O2) prepared by a specially designed molten-salt synthesis, spatially resolved (operando) characterizations reveal intralayer Ni migration upon delithiation, and this leads to the formation of vacancy clusters to trap the electrochemically oxidized oxygen in the near-surface lattice. Thus, the detrimental effects of LOR are effectively suppressed. The Li-rich LNO cathode greatly outperforms the traditional Li-deficient LNO cathodes modified by conventional approaches such as doping and surface coating. Our findings open up new opportunities for building better batteries.
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