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Mg/Fe site-specific dual-doping to boost the performance of cobalt-free nickle-rich layered oxide cathode for high-energy lithium-ion batteries

引用

Journal of Energy Chemistry 2024年第4期91卷 670-679页

作者： Yunting Wang Gaohui Du Di Han Wenhao Shi Jiahao Deng Huayu Li Wenqi Zhao Shukai Ding Qingmei Su Bingshe Xu Materials Institute of Atomic and Molecular Science Shaanxi University of Science and TechnologyXi'an 710021ShanxiChina Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials and Chemical Engineering Taiyuan 030024ShanxiChina Key Laboratory of Interface Science and Engineering in Advanced Materials Taiyuan University of TechnologyTaiyuan 030024ShanxiChina

Layer-type LiNi0.9Mn0.1O2is promising to be the primary cathode material for lithium-ion batteries(LIBs)due to its excellent electrochemical performance.Unfortunately,the cathode with high nickel content suffers from severely detrimental structural transformation that causes rapid capacity attenuation.Herein,site-specific dual-doping with Fe and Mg ions is proposed to enhance the structural stability of LiNi0.9Mn0.1O2.The Fe3+dopants are inserted into transition metal sites(3b)and can favorably provide additional redox potential to compensate for charge and enhance the reversibility of anionic redox.The Mg ions are doped into the Li sites(3a)and serve as O_(2)^(-)-Mg^(2+)-O_(2)^(-)pillar to reinforce the electrostatic cohesion between the two adjacent transition-metal layers,which further suppress the cracking and the generation of harmful phase transitions,ultimately improving the cyclability.The theoretical calculations,including Bader charge and crystal orbital Hamilton populations(COHP)analyses,confirm that the doped Fe and Mg can form stable bonds with oxygen and the electrostatic repulsion of O_(2)^(-)-O_(2)^(-)can be effectively suppressed,which effectively mitigates oxygen anion loss at the high delithiation state.This dual-site doping strategy offers new avenues for understanding and regulating the crystalline oxygen redox and demonstrates significant potential for designing high-performance cobalt-free nickel-rich cathodes.

关键词： Cobalt-free Layered oxide Cathode dual dopants Density functional theory calculation

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