Nanoscale surface modification to suppress capacity fade of Ni-Rich layered oxide material at high cut-off voltage

材料科学 阴极 氧化物 化学工程 涂层 电化学 兴奋剂 电极 表层 纳米技术 离子 表面改性 图层(电子) 光电子学 冶金 工程类 化学 物理化学 有机化学
作者
Peng Fan,Lixuan Zhang,Guangchang Yang,Yahao Li,Qichang Pan,Yu Li,Sijiang Hu,Fenghua Zheng,Hongqiang Wang,Qingyu Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:451: 138911-138911 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138911
摘要

Ni-rich layered oxide is a promising cathode material for future advanced lithium-ion batteries (LIBs). However, the nickel-rich layered cathode material exhibits insufficient high-voltage cycling stability ascribing to the phase transformation, surface side reactions, and lattice oxygen evolution. This work developed an effective inorganic coating strategy to construct LiNiO2/Na1-xNi1-yPO4 surface hybrid coating layer and Na bulk doping simultaneously by a simple wet-chemical method, improving the high-voltage performance of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM) effectively. It is found that the surface oxygen vacancy and surface residual lithium on NCM reacts with NaNiPO4 precursors at 500 °C to form LiNiO2 inner layer in addition to the Na1-xNi1-yPO4 outer layer, which is structurally coherent to the layered lattice of NCM. In the constructed hybrid layer, layered phase LiNiO2 firmly fixes on the NCM surface. At the same time, highly chemical stable Na1-xNi1-yPO4 with lattice tunnels can enable lithium-ion transport and act as a protecting layer to inhibit surface side reactions. In addition, Na bulk doping could enlarge lithium-ion diffusion channels and stabilize lattice structure. All these advantages contribute to improving the electrochemical performance of NCM. The results show that the surface treatment NCM cathode exhibit excellent cycling stability with a higher capacity retention of 88 % after 200 cycles under 25 °C and 86 % after 100 cycles under 55 °C, both at 1C. This method provides a feasible strategy to promote the high-voltage cycling performance of electrode material, thus improving the service life, energy density, and safety performance of Li-ion batteries.
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