Katoda Ni-Rich yang Kokoh Secara Mekanis dan Kimiawi dengan Kapasitas Sangat Tinggi dan Siklus Hidup yang Panjang

Abstrak
Material oksida berlapis kaya Ni (NRLO) dianggap sebagai katode yang sangat menjanjikan untuk baterai lithium-ion. Akan tetapi, aplikasi praktisnya dibatasi oleh hilangnya kapasitas dan ketidakstabilan antarmuka yang disebabkan oleh kegagalan kimia dan mekanis selama siklus. Doping telah diidentifikasi sebagai metode langsung dan efektif untuk mengatasi tantangan ini. Akan tetapi, pemahaman mekanistik tentang peningkatan kinerja elektrokimia dengan doping masih belum jelas. Dalam penelitian ini, pengenalan ion Nb bervalensi tinggi digunakan untuk mencapai regulasi kopling mekanis-kimia, sehingga secara bersamaan meningkatkan kapasitas dan siklus hidup NRLO. Pertama, doping Nb5+ dilakukan untuk menyempurnakan butiran sekunder, mencapai efek “penyempurnaan butiran” yang serupa dengan yang ada pada keramik dan paduan, sekaligus menstabilkan batas butiran lebih lanjut. Struktur fusi antar butiran NCM811-0.5Nb secara efektif menghilangkan regangan kisi dalam keadaan sangat terdelithiasi, menekan kehilangan oksigen, dan mencegah retakan yang menyebabkan fraktur selama siklus. Selain itu, doping Nb menstabilkan fase monoklinik selama transisi fase dan mendorong pembentukan batas kembar spinel yang sangat stabil setelah siklus. Studi ini menunjukkan pemahaman komprehensif tentang kapasitas bersamaan dan mekanisme peningkatan stabilitas yang dikaitkan dengan doping Nb dan menyoroti potensi signifikan dari regulasi sinergis kopling mekanis dan kimia dalam meningkatkan kapasitas dan masa pakai NRLO melalui doping Nb.