Beyond Conventional Doping: High-Valence Element Integrated Slight Li Enrichment in Ni-Rich Cathodes with High Capacity and Ultralong Cycle Life

材料科学 阴极 兴奋剂 相(物质) 淡出 容量损失 相变 过渡金属 工作(物理) 自行车 阳离子聚合 法拉第效率 纳米技术 锂(药物) 化学工程 电化学 储能
作者
Xiaohong Liu,Xin Zhou,Shiqi Du,Wantong Duan,Guilin Feng,Chunliu Xu,Zhuang-Chun Jian,Hengyue Xu,Bin Zhang,Hao Liu,Yao Xiao,Wei Xiang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (2): 2083-2092 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c03896
摘要

Ni-rich cathodes face challenges such as rapid capacity fade from phase transitions and interfacial degradation. While high-valence doping stabilizes the structure, it often compromises initial capacity and requires further cycling improvement. This study introduces a synergistic comodification of high-valence tungsten doping and controlled lithium enrichment in Li1+1.5x(Ni0.92Co0.04Mn0.04)1–2.5xWxO2 (x = 0.003, 0.006, 0.01, 0.04) cathodes. This strategy simultaneously tailors crystallographic orientation, forms a protective Li4+αNi1-αWO6 (α = 0, 0.1) interfacial layer, and quantitatively optimizes cationic disordering. These effects collectively decelerate the detrimental H2–H3 phase transition and suppress interfacial degradation. The optimized Li1.009(Ni0.92Co0.04Mn0.04)0.985W0.006O2 cathode delivers a high initial capacity of 226.9 mAh g–1 along with exceptional cycling stability, retaining 99.2% of its capacity after 200 cycles in a half-cell and 96.7% after 1000 cycles at 1 C in a full-cell, markedly surpassing its solely W-doped or Li-enriched counterparts. This work demonstrates that controlled lithium enrichment maximizes the stabilization effect of high-valence dopants, enabling long-life, high-energy-density Li-ion batteries.
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