Enhanced Lattice Oxygen Redox Reversibility in Li-Rich Layered Oxide Cathode via a Cation and Anion Dual-Doping Strategy

氧化还原 阴极 离子 氧化物 氧气 材料科学 格子(音乐) 化学工程 无机化学 析氧 化学物理 电极 降级(电信) 化学 纳米技术 电压 灵活性(工程) 电化学 光化学
作者
Changfei Zou,Xiaoming Lou,Xianyou Wang,Ruizhi Yu,Qing Wang,Yuqing Liao,Shuang Liao,Yi Cao,Zixiang Li,Siyuan Liu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:14 (17): 8354-8365
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.6c01076
摘要

Li-rich Mn-based layered oxides are attractive high-energy cathode materials but suffer from rapid capacity fade and voltage decay due to irreversible lattice oxygen redox. To mitigate this issue, we have developed a cationic/anionic dual-doping strategy involving the coincorporation of Ti 4+ and F – ions with the aim of improving the reversibility of lattice oxygen redox reactions in these materials. The Ti/F comodified Li-rich Mn-based layered oxide demonstrates markedly improved cycling stability and rate capability. F and Ti codoping acts complementarily, with F optimizing the local electronic structure to enhance lattice flexibility and Ti strengthening the oxygen framework via robust bonding, significantly improving the reversibility of oxygen redox. Consequently, the Ti/F comodified cathode maintains 87.3% of its initial capacity after 200 cycles at a rate of 1 C and delivers outstanding rate capability, sustaining high capacity even at a demanding 5 C rate. Our dual-doping strategy effectively enhances the lattice-oxygen redox reversibility of Li-rich Mn-based cathodes, offering a new pathway toward high-energy-density Li-metal batteries.
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