Architecturally Inspired Lattice Engineering Enables Long‐Life Ultra‐High Nickel Cathodes

材料科学 阴极 退火(玻璃) 格子(音乐) 表面工程 电化学 涂层 晶间腐蚀 纳米技术 热障涂层 热的 光电子学 相(物质) 锂离子电池 相变 化学物理 工程物理
作者
Longhao Cao,Denghui Ma,Yun Liu,Cancan Peng,Yinghan Shao,Yiyao Xiao,Xiao-song Zhang,Zhang Jing,Said Amzil,Wan-Li Wei,Ziyin Guo,Guang Li,Binjie Hu,Ya‐Jun Cheng,Lai Chen,Yonggao Xia,Longhao Cao,Denghui Ma,Yun Liu,Cancan Peng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202520093
摘要

Abstract Using state‐of‐the‐art ultra‐high nickel (UHN) layered oxides (LiNi x Co y Mn 1‐x‐y O 2 , x≥0.9) as battery cathodes is expected to push the boundaries of energy density. However, their structural instability, particularly the H2–H3 phase transition, drives rapid capacity fading. Here, a structural modulation strategy inspired by architectural mechanics is presented: a simple candle soot coating followed by thermal annealing induces a mortise‐like disordered surface phase and stabilizing “Ni 2+ columns” within Ni94 cathode. These features synergistically suppress intergranular stress and mitigate the H2–H3 phase transition. As a result, 4.5V‐Graphite||Ni94 pouch cell retains 80.2% of their capacity after 2000 cycles. STEM and operando electrochemical analysis, supported by DFT calculations, reveal the role of “Ni 2+ columns” in stabilizing the layered framework. This work introduces a novel approach to lattice engineering in ultra‐high nickel cathodes, offering a practical pathway toward long‐life, cobalt‐lean lithium‐ion batteries.
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