Constructing 'Li-rich Ni-rich' oxide cathodes for high-energy-density Li-ion batteries

Autor: Biao Li, Gwenaëlle Rousse, Leiting Zhang, Maxim Avdeev, Michaël Deschamps, Artem M. Abakumov, Jean-Marie Tarascon
Přispěvatelé: Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Aix Marseille Université (AMU)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université de Montpellier (UM), Paul Scherrer Institute (PSI), The University of Sydney, Australian Nuclear Science and Technology Organisation [Australie] (ANSTO), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Skolkovo Institute of Science and Technology [Moscow] (Skoltech), Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie, Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Zdroj: Energy & Environmental Science
Energy & Environmental Science, 2023, 16 (3), pp.1210-1222. ⟨10.1039/D2EE03969A⟩
ISSN: 1754-5692
1754-5706
DOI: 10.1039/D2EE03969A⟩
Popis: International audience; The current exploration of high-energy-density cathode materials for Li-ion batteries is mainly concentrated on either so-called “Li-rich” or “Ni-rich” oxides. However, both are suffering from formidable practical challenges. Here, we combine these two concepts to obtain “Li-rich Ni-rich” oxides in pursuit of more practical high-energy-density cathodes. As a proof of concept, we synthesized an array of Li1+yNi(3−5y)/3Mo2y/3O2 oxides, whose structures were identified to be the coexistence of LiNiO2-rich and Li4MoO5-rich domains with the aid of XRD, TEM, and NMR techniques. Such an intergrowth structure of 5–20 nm size enables excellent mechanical and structural reversibility for the layered rock-salt LiNiO2-rich domain upon cycling thanks to the robust cubic rock-salt Li4MoO5-rich domain enabling an “epitaxial stabilization” effect. As a result, we achieved high capacities (>220 mA h g−1) with Ni contents as low as 80%; the Li1.09Ni0.85Mo0.06O2 member (y = 0.09) shows much improved cycling performances (91% capacity retention for 100 cycles at C/10) compared with pure LiNiO2. This work validates the feasibility of constructing Li-rich Ni-rich compounds in the form of intergrowing domains and hence unlocks vast possibilities for future cathode design.
Databáze: OpenAIRE
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