SCOPUS
SCIE
F-doped Li<sub>1.15</sub>Ni<sub>0.275</sub>Ru<sub>0.575</sub>O<sub>2</sub> cathode materials with long cycle life and improved rate performance
저자
Choi, Sojeong ; Kim, Min-Cheol ; Moon, Sang-Hyun ; Kim, Hyeona ; Park, Kyung-Won
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
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등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
-
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>In this study, Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> cathode material for lithium-ion batteries is synthesized using a facile solid-state reaction. In particular, the Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> cathode material with a layered structure, despite its high initial capacity, deteriorates in both stability and rate performance. In order to overcome the drawbacks, F-doped Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> cathode structures (LNROF-x, 0 < x < 0.1) are prepared with varying contents of F as a dopant and characterized. For the F-doped Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> samples, if the O<SUP>2−</SUP> sites in the structure are replaced by F<SUP>−</SUP>, the transition metal ions of Ni<SUP>2+</SUP> and Ru<SUP>4+</SUP> can be partially reduced to Ni<SUP>+</SUP> and Ru<SUP>3+</SUP> with larger ionic radii for charge compensation. Thus, the increased interspace between the transition metal ions caused by their reduction increases the lattice parameter in the F-doped Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> structure. Compared to the undoped Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB>, the improved electrochemical properties, i.e., long life cycle and rate performance, of the F-doped Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> samples can result from the improved structural stability caused by a stronger bond of metal-F than that of metal-O and an increased Li<SUP>+</SUP>-ion diffusion motion caused by an increased Li slab distance. Furthermore, the Li<SUP>+</SUP>-ion diffusion coefficients for the samples are measured by cyclic voltammetry and galvanostatic intermittent titration. However, with increasing F-doping amount, the diffusion coefficients for LNROF-0.02, LNROF-0.04, and LNROF-0.06 increase, whereas the diffusion coefficient for LNROF-0.08 with the excessive F-doping decreases because of the increased resistance to Li<SUP>+</SUP> ion motion caused by the Li/Ni anti-site defect. Thus, the amount of F as a dopant in the F-doped Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> samples for the LIBs needs to be optimized.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Li<SUB>1.15</SUB>Ni<SUB>0.275</SUB>Ru<SUB>0.575</SUB>O<SUB>2</SUB> (LNRO) cathodes were synthesized using a solid-state reaction. </LI> <LI> F-doped LNRO cathodes were prepared with varying contents of F as a dopant. </LI> <LI> F-doped LNRO cathodes showed the improved electrochemical properties. </LI> <LI> The improved performance is due to a strong bond of metal-F and an increased Li + -ion diffusion motion. </LI> <LI> The amount of F as a dopant in the F-doped LNRO samples for the LIBs was optimized. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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