Effective Ionic Potential Guided Dual‐Gradient Structural Engineering for Spent LiCoO 2 Upcycling

材料科学 掺杂剂 阴极 表面工程 纳米技术 电化学 离子键合 化学物理 热扩散率 结构稳定性 化学工程 动力学蒙特卡罗方法 溶解 多孔性 离子液体 多尺度建模
作者
Qiaoyi Yan,Zhengzheng Liu,Feng Wu,Renjie Chen,L LI
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (10): e19347-e19347 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202519347
摘要

(LCO) cathode is critical for minimizing the environmental footprint of lithium-ion batteries. Herein, we propose an upcycling method that converts degraded LCO into high-voltage cathodes by constructing a compositional and structural dual-gradient structure, guided by the effective ionic potential (EIP, Φ*), a descriptor for foreign dopant diffusivity in degraded LCO lattices. Specifically, low-Φ* dopants tend to exhibit high bulk diffusivity, whereas high-Φ* dopants are retained near the surface, which promotes the formation of the compositional gradient and leads to a structural transition in LCO from a fully disordered, dense surface to an ordered layered structure in the bulk. This structure endows the upcycled cathode with a stabilized surface and low-strain bulk structure, enabling its superior electrochemical performance over the commercial counterpart at cut-off potentials of 4.6 and 4.65 V. Comprehensive kinetic and thermodynamic analyses reveal the critical role of vacancies in spent LCO for this structural engineering: Bulk vacancies facilitate the formation of deeper dopant concentration gradients within particles, while vacancies near the surface promote the development of a continuous and dense surface disordered structure. Multiscale characterizations and theoretical calculations elucidate the relationship between the engineered structure and the electrochemical stability of the upcycled cathode.
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