Three‐In‐One Structural Design Enables High‐Stability Co‐Free Li‐Rich Cathodes

材料科学 结构稳定性 阴极 理论(学习稳定性) 纳米技术 工程物理 化学工程 结晶学 物理化学 结构工程 计算机科学 机器学习 工程类 化学
作者
Xiang Ding,Jiaming Miao,Manni Li,Yi‐Bing Yang,Liangwei Liu,Yi Xiao,Qiyong Li,Fang Chen,Lili Han
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (51) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202512038
摘要

Abstract Co‐free Li‐rich Li 1.2 Ni 0.2 Mn 0.6 O 2 (LNM) exhibits the highest energy density among lithium‐ion batteries (LIBs) cathodes but suffers from severe phase transitions and inferior bulk conductivity. Herein, a three‐in‐one structural regulation involving the Li‐, Mn‐, and O‐sites using KPF 6 is designed. The three‐in‐one doping effect expands the Li interlayer spacing, increases the oxygen vacancy formation energy, strengthens the transition metal‐oxygen bonds, suppresses oxygen release, and comprehensively enhances structural stability. In situ measurements demonstrate the improved structural reversibility and stability. Density functional theory (DFT) calculations confirm that the enhanced conductivity, attributed to the increased electron cloud density near the Fermi energy and the availability of conduction bands for electron transition. Benefiting from the structural trinity‐design, the optimum sample can deliver a high capacity of 191.2 mAh g −1 (compared to 161.6 mAh g −1 for LNM) with an unparalleled 84% long‐term cycle stability (vs 79% for LNM) at 1C after 500 cycles. It also exhibits lowest voltage decay (0.676 V) compared with other samples during 500 cycles. Therefore, such a pioneering trinity strategy offers a valuable approach for designing high‐capacity LNM cathodes with ultra‐long service‐life.
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