Interplay of molten salt and dopants in tuning the performance of single-crystalline LiNiO2

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作者
Alex Mesnier,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:586: 233681-233681 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233681
摘要

Single-crystalline layered oxide cathodes have seen great research interest in recent years. Adoption of single-crystal morphology improves mechanical robustness and eliminates intergranular boundaries, improving the chemical stability of the cathode. However, single-crystal cathodes also suffer from worsened lithium-diffusion kinetics stemming from the significantly increased diffusion path lengths. Sluggish lithiation kinetics induce concentration gradients within the cathode particle during cell operation, resulting in the accumulation of lattice strain, which deteriorates cell performance. Foreign dopants have been shown to greatly improve ion diffusion in many high-Ni layered oxide cathode systems. In particular, we identify Ti and Te as promising dopants to ameliorate the slow diffusion kinetics. We find that doping 1 mol.% Te into single crystal LiNiO2 greatly improves Li + diffusivity, as determined through galvanostatic intermittent titration technique. Further incorporating 2 mol.% Al and pairing with lithium-metal anode in a localized high concentration electrolyte (LHCE) delivers 206 mA h g−1 at C/3 rate and retains 94% capacity after 100 cycles in Li metal half cells. By addressing kinetically mediated degradation with Te doping, and surface-based degradation with Al and LHCE, the cathode experiences very little polarization and overpotential growth, enabling stable cycling with high accessible capacity.
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