In Situ-Constructed Multifunctional Interface for High-Voltage 4.6 V LiCoO2

材料科学 原位 接口(物质) 电压 工程物理 纳米技术 光电子学 电气工程 复合材料 润湿 工程类 物理 坐滴法 气象学
作者
Chao Sun,Bing Zhao,Ru‐de Cui,Jing Mao,Kehua Dai,He-Zhang Chen,Xiahui Zhang,Junchao Zheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (18): 21982-21993 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsami.2c22642
摘要

Due to high volumetric energy density, the major market share of cathode materials for lithium-ion batteries is still dominated by LiCoO 2 (LCO) at a 3C field. However, a number of challenges will be triggered if the charge voltage is increased from 4.2/4.3 to 4.6 V to further increase energy density, such as a violent interface reaction, Co dissolution, and release of lattice oxygen. Here, LCO is coated with the fast ionic conductor Li 1.8 Sc 0.8 Ti 1.2 (PO 4 ) 3 (LSTP) to form LCO@LSTP, while a stable interface of LCO is in situ constructed by the decomposition of LSTP at the LSTP/LCO interface. As decomposition products of LSTP, Ti and Sc elements can be doped into LCO and thus reconstruct the interface from a layered structure to a spinel structure, which improves the stability of the interface. Moreover, Li 3 PO 4 from the decomposition of LSTP and remaining LSTP coating as a fast ionic conductor can improve Li + transport when compared with bare LCO, and thus boost the specific capacity to 185.3 mAh g –1 at 1C. Benefited from the stable interface and fast ion conducting coating, the LCO@LSTP (1 wt %) cathode delivers a high capacity of 202.3 mAh g –1 at the first cycle (0.5C, 3.0–4.6 V), and shows a higher capacity retention of 89.0% than LCO (50.9%) after 100 cycles. Furthermore, the change of the Fermi level obtained by using a kelvin probe force microscope (KPFM) and the oxygen band structure calculated by using density functional theory further illustrate that LSTP supports the performance of LCO. We anticipate that this study can improve the conversion efficiency of energy-storage devices.
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