Suppressing Bulk Strain and Surface O2 Release in Li‐Rich Cathodes by Just Tuning the Li Content

材料科学 阴极 尖晶石 法拉第效率 化学工程 粒子(生态学) 氧气 氧化还原 表面改性 锂(药物) 相(物质) 离子 电化学 电极 冶金 物理化学 物理 地质学 工程类 海洋学 内分泌学 有机化学 化学 医学 量子力学
作者
Zhenkun Hao,Haoxiang Sun,Youxuan Ni,Gaojing Yang,Zhuo Yang,Zhimeng Hao,Ruihan Wang,Pengkun Yang,Yong Lu,Qing Zhao,Weiwei Xie,Zhenhua Yan,Wei Zhang,Jun Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (1): e2307617-e2307617 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adma.202307617
摘要

Abstract Layered oxides represent a prominent class of cathodes employed in lithium‐ion batteries. The structural degradation of layered cathodes causes capacity decay during cycling, which is generally induced by anisotropic lattice strain in the bulk of cathode particle and oxygen release at the surface. However, particularly in lithium‐rich layered oxides (LLOs) that undergo intense oxygen redox reactions, the challenge of simultaneously addressing bulk and surface issues through a singular modification technique remains arduous. Here a thin (1‐nm) and coherent spinel‐like phase is constructed on the surface of LLOs particle to suppress bulk strain and surface O 2 release by just adjusting the amount of lithium source during synthesis. The spinel‐like phase hinders the surface O 2 release by accommodating O 2 inside the surface layer, while the trapped O 2 in the bulk impedes strain evolution by ≈70% at high voltages compared with unmodified LLOs. Consequently, the enhanced structural stability leads to an improved capacity retention of 97.6% and a high Coulombic efficiency of ≈99.5% after 100 cycles at 0.1°C. These findings provide profound mechanistic insights into the functioning of surface structure and offer guidance for synthesizing high‐capacity cathodes with superior cyclability.
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