Collaboratively enhancing electrochemical properties of LiNi 0.83 Co 0.11 Mn 0.06 O 2 through doping and coating of quadrivalent elements

材料科学 价(化学) 涂层 化学工程 阴极 表面改性 电化学 兴奋剂 氧化剂 纳米技术 电极 物理化学 光电子学 化学 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Zhaozhe Yu,Gui-Quan Zhao,Fangli Ji,Hao Tong,Qilin Tong,LI Hua-cheng,Yan Cheng
出处
期刊:Rare Metals [Springer Science+Business Media]
卷期号:42 (12): 4103-4114 被引量:52
标识
DOI:10.1007/s12598-023-02356-3
摘要

Abstract Ni‐rich layered oxides (Ni ≥ 80%) with high energy density have become a mainstream cathode material for Li‐ion batteries. However, irreversible phase transitions and interface instability are deep‐seated challenges in commercializing Ni‐rich materials. This study used a collaborative modification strategy involving doping and coating with quadrivalent elements to construct Ni‐rich materials. In particular, introducing tetravalent Zr makes the valence change of Ni (2+ to 4+) more accessible to complete spontaneously during the charging and discharging processes, which significantly suppresses the cationic mixing and irreversible phase transition (H2 ↔ H3). Combining the strategy of constructing CeO 2 coatings on the surface and interfacial spinel‐like phases improves the Li + diffusion kinetics and interfacial stability. Simultaneously, part of the strongly oxidizing four‐valence Ce 4+ diffuses to the surface layer, further increasing the average valence state of Ni. Therefore, LiNi 0.83 Co 0.11 Mn 0.06 O 2 (NCM)‐Zr@Ce achieves 78.5% outstanding retention at 1.0C after 200 cycles within 3.0–4.3 V compared to unmodified NCM with 41.4% retention. The improved cyclic stability can be attributed to the collaborative modification strategy of the quadrivalent elements, which provides an effective synergistic modification strategy for developing high‐performance Li‐ion battery cathode materials.
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