Se掺杂构建无钴高镍正极高电压稳定结构

Constructing high-voltage stable structures for cobalt-free high nickel cathode via Se doping

摘要

围绕无钴高镍材料存在的容量衰减快、稳定性能差和结构相变等问题，采用高温固相法合成异质 Se 原子掺杂的无钴高镍层状正极材料 LiNi_0.847Mn_0.092Al_0.061O₂。借助多种谱学和电化学性能测试手段，表明 Se 掺杂有效地抑制了结构相变和微裂纹的形成和扩散，其中掺杂量为 1%（原子分数）的 LiNi_0.837Mn_0.092Al_0.061Se_0.01O₂ 正极材料的锂镍混排程度低，具有更好的结晶度和层状结构。在 4.5 V 的高电压下，LiNi_0.837Mn_0.092Al_0.061Se_0.01O₂ 的首圈放电比容量高达 207.61 mAh·g⁻¹，在 1C 倍率下 100 圈循环后的容量保持率由未掺杂的 69.37% 增强至 85.45%。

Abstract

A series of heterogeneous Se-doped cobalt-free high nickel layered cathodes LiNi_0.847Mn_0.092Al_0.061O₂ are synthesized using the high-temperature solid-phase method to address the issues of rapid capacity decay，poor stability，and structural phase transition in cobalt-free high nickel materials. The results show that Se doping can effectively inhibit the formation and diffusion of structural phase transition and micro-cracks. Among them，the doping amount of 1% LiNi_0.837Mn_0.092Al_0.061Se_0.01O₂ low degree of positive electrode material of lithium nickel are mixed，with better crystallinity and lamellar structure. At a high-voltage of 4.5 V，the specific discharge capacity of LiNi_0.837Mn_0.092Al_0.061Se_0.01O₂ is as high as 207.61 mAh·g⁻¹，and the capacity retention rate increased from 69.37% without doping to 85.45% after 100 cycles at 1C.

关键词

锂离子电池 / 无钴高镍正极 / 掺杂 / 高电压

Key words

lithium-ion batteries / cobalt-free high-nickel cathode / doping / high-voltage

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基金资助

教育部产学合作协同育人项目(2310056952586489)

东莞市社会发展科技重点项目(20231800935832)

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