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Weiyuan Huang
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Mechanochemically Robust LiCoO2 with Ultrahigh Capacity and Prolonged Cyclability

Weiyuan Huang et al.May 27, 2024
Abstract Pushing intercalation‐type cathode materials to their theoretical capacity often suffers from fragile Li‐deficient frameworks and severe lattice strain, leading to mechanical failure issues within the crystal structure and fast capacity fading. This is particularly pronounced in layered oxide cathodes because the intrinsic nature of their structures is susceptible to structural degradation with excessive Li extraction, which remains unsolved yet despite attempts involving elemental doping and surface coating strategies. Herein, a mechanochemical strengthening strategy is developed through a gradient disordering structure to address these challenges and push the LiCoO 2 (LCO) layered cathode approaching the capacity limit (256 mAh g −1 , up to 93% of Li utilization). This innovative approach also demonstrates exceptional cyclability and rate capability, as validated in practical Ah‐level pouch full cells, surpassing the current performance benchmarks. Comprehensive characterizations with multiscale X‐ray, electron diffraction, and imaging techniques unveil that the gradient disordering structure notably diminishes the anisotropic lattice strain and exhibits high fatigue resistance, even under extreme delithiation states and harsh operating voltages. Consequently, this designed LCO cathode impedes the growth and propagation of particle cracks, and mitigates irreversible phase transitions. This work sheds light on promising directions toward next‐generation high‐energy‐density battery materials through structural chemistry design.
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Precise Synthesis of 4.75 V-Tolerant LiCoO2 with Homogeneous Delithiation and Reduced Internal Strain

Jianqi Zhang et al.Jan 3, 2025
The rapid advancements in 3C electronic devices necessitate an increase in the charge cutoff voltage of LiCoO2 to unlock a higher energy density that surpasses the currently available levels. However, the structural devastation and electrochemical decay of LiCoO2 are significantly exacerbated, particularly at ≥4.5 V, due to the stress concentration caused by more severe lattice expansion and shrinkage, coupled with heterogeneous Li+ intercalation/deintercalation reactions. Herein, employing the molten-salt synthesis technique, we propose a universal morphology-shaping strategy to attain bulk reaction homogeneity and reduce internal strains, even at extremely high charge voltages. The newly designed flattened polygon prismlike LiCoO2 (P-LCO) particle, featuring a regular symmetrical arrangement along the c-axis, demonstrates a more homogeneous Li+ extraction/insertion reaction, which results in a restrained transformation to detrimental O1 phase and reduced variation in lattice volume throughout the (de)lithiation processes. This benefits the mitigation of the local stress accumulation misfit dislocations and particle cracking, ultimately maintaining the mechanical stability of the cathode. Consequently, P-LCO is capable of breaking the voltage ceiling and exhibits exceptional long-term cycling capability at an ultrahigh voltage of 4.75 V. This work offers a brand-new perspective for the rational design of cathode morphology to address capacity deterioration caused by inhomogeneous delithiation and internal strain, thus inspiring the development of high-energy-density cathodes with improved durability.