Mechanism of Doping with High‐Valence Elements for Developing Ni‐Rich Cathode Materials

材料科学 阴极 掺杂剂 价(化学) 微观结构 煅烧 兴奋剂 晶体结构 结晶度 电化学 化学工程 结晶学 矿物学 冶金 复合材料 物理化学 光电子学 化学 电极 催化作用 生物化学 有机化学 工程类
作者
Nam‐Yung Park,Su‐Bin Kim,Myoung‐Chan Kim,Sung‐Hwan Han,Dong‐Hwi Kim,Min‐Su Kim,Yang‐Kook Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (34) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/aenm.202301530
摘要

Abstract Introducing additional elements into Ni‐rich cathodes is an essential strategy for addressing the instability of the cathode material. Conventionally, this doping strategy considers only the incorporation of additional elements into the bulk structure of the cathode in terms of fortifying the crystal structure. However, high‐valence elements such as Nb 5+ , Ta 5+ , and Mo 6+ are likely to be insoluble in the crystal structure, resulting in accumulation along the interparticle boundaries. Herein, a new mechanism for doping high‐valence elements into Ni‐rich cathodes and their effects on the morphology and crystal structure are investigated by calcining LiNiO 2 (LNO) and X‐doped LNO cathodes (X = Al, Nb, Ta, and Mo) at various temperatures. Operando X‐ray diffraction analysis reveals that the temperature at which the content of Li‐X‐O compounds declines is higher for the dopants with high oxidation states, reinforcing segregation at the grain boundary and widening the calcination temperature range. Thus, the highly aligned microstructure and high crystallinity of the LNO cathode are maintained over a wide calcination temperature range after doping with high‐valence elements, enhancing the electrochemical performance. As next‐generation dopants, high‐valence elements can fortify not only the crystal structure, but also the microstructure, to maximize the electrochemical performance of Ni‐rich cathodes.
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