Boosting Fast‐Charging Performance of Ni‐Rich NCM9055 Cathodes with Nb 2 O 5 Dual Functional Modification

材料科学 阴极 微观结构 微晶 电化学 粒度 结构稳定性 晶间腐蚀 化学工程 氧化还原 晶粒生长 扩散 电极 对偶(语法数字) 结构变化 电流密度 复合材料 纳米技术 限制 相(物质) 扩散阻挡层 降级(电信) 密度泛函理论 Boosting(机器学习)
作者
Tian Rao,Zhaowen Bai,Jiang Wang,Yang Ren,Qing Weng,Zhongzhu liu,Maxim Avdeev,Robson Souza Monteiro,Luanna Parreira,Xuejie Huang,Long Chen,Yanan Zhu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e22771-e22771
标识
DOI:10.1002/advs.202522771
摘要

Polycrystalline Ni-rich layered oxides are promising cathodes for Li-ion batteries of high-power density and long cycle life. However, their practical application is still hindered by the sluggish Li+ diffusion rate and reaction inhomogeneity during redox cycles. In this work, LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 (NCM9055) cathode with a desired internal radial structure was designed and successfully synthesized using Nb2O5 as a dual-functional structural and interfacial modulator. During calcination, the Nb2O5 reacts to form an intergranular LiNbO3 phase at grain boundaries. This phase, forming before high-temperature grain growth, acts as a structural modulator to preserve the desirable radial alignment of primary particles by impeding random grain growth. It also functions as an interfacial conductor, creating fast Li+ diffusion pathways along the grain boundaries. These structural and interfacial modifications synergistically mitigate chemical inhomogeneity and relieve accumulated strain during cycling. Consequently, the Nb-modified NCM9055 exhibits superior electrochemical performance, delivering an excellent rate capacity (152.4 mA h g- 1 at 10 C) and robust cycling stability under high-rate conditions (83.0% capacity retention after 500 cycles at 5C). These findings clarify the mechanism of Nb modulation and demonstrate a robust strategy for preserving desirable microstructures in high-rate, Ni-rich cathode materials.
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