Multiscale Construction of Integrated Lithium ion Transport Channels for High‐Rate Ni‐Rich Cathode Materials in Lithium ion Batteries

阴极 材料科学 电解质 锂(药物) 化学工程 离子 电极 纳米技术 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学 有机化学
作者
Xin Zhang,Jiyuan Jian,Dandan Sun,Sai Li,Yixuan Qiao,Rui Xiao,Tom Wu,Shuang Lin,Hua Huo,Yulin Ma,Geping Yin,Pengjian Zuo,Xinqun Cheng,Guokang Han,Jiannan Du,Chunyu Du
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (38): e07646-e07646
标识
DOI:10.1002/smll.202507646
摘要

Abstract Ni‐rich layered oxide cathodes have garnered significant attention in the field of lithium ion batteries (LIBs) due to their exceptionally high energy density. Nevertheless, their performance in terms of rapid charging/discharging and cycle life remains suboptimal. In this study, an integrated, multi‐scale optimization of Li⁺ transport kinetics from the interface to the near‐surface layer of Ni‐rich cathode materials is achieved through a synergistic optimization strategy of constructing a highly conductive interface layer and a lattice channel optimization layer. Experimental findings show that a Li 3 PO 4 /Li 4 P 2 O 7 composite ion transport layer with high ionic conductivity is in situ constructed on the cathode surface, which not only improved the Li⁺ migration kinetics but also suppressed the unfavorable side reactions at the electrode/electrolyte interface. The incorporation of P‐Al co‐doping in the near‐surface layer significantly reduced the intrinsic diffusion energy barrier of lithium ions and effectively alleviated the lattice volume change and the degradation of the surface lattice structure during the cycling process. Consequently, the modified cathode material exhibits excellent rate performance (154 mAh g −1 at 10C) and cycle stability (89.6% capacity retention after 200 cycles). This work demonstrates that the synergistic optimization of multiscale lithium ion transport channels is a viable approach for achieving high‐performance Ni‐rich cathodes.
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