Full-concentration-gradient (FCG) Ni-rich layered cathodes suffers from severe structural deterioration caused by the high-Ni content in the cores of the particles. Herein, an in-situ doping strategy is proposed to remove the structural deterioration in the cores of the particles, and a Zr-doped FCG LiNi0.80-xZrxCo0.05Mn0.15O2 (FNCMZ) cathode is successfully prepared. In-situ doping achieved a gradient distribution of Zr inside the particles, and induced the Li+/Ni2+mixing into an order structure. The order structure and Zr–O strong bonds reduced the degree of lattice contraction in the cores of the particles during the H2–H3 phase transition. Density functional theory calculations further proved that Zr doping and the order structure improved the electronic conductivity and structural stability of the cathodes. The improvement of structural stability and ion/electron migration environment enhanced the cycling stability and thermal stability of the FCG cathodes. Therefore, The FNCMZ0.2 cathode (doped with 0.2 mol% Zr) exhibited a high initial discharge specific capacity (181.7 mAh/g) with excellent capacity retention (91.9 %) after 200 cycles (1C, 2.7–4.3 V). Even at a high cutoff voltage (4.5 V) and high temperature (50 °C), the capacity retention remained high at 83.7 % and 85.2 %, respectively, after 200 cycles. Overall, in-situ Zr doping effectively resolves structural deterioration in the cores of the particles and improves the electrochemical properties of FCG Ni-rich layered cathodes.

Electrochemical CO

In this study, by conducting cryogenic rolling (CR) followed by short-term annealing (CRA), we achieved the annealing-induced hardening in a single-phase FCC FeCoCrNiMo0.2 high-entropy alloy by introducing multiple heterostructures structures. Through this approach, the yield strength, ultimate tensile strength and tensile fracture elongation of CRA alloy were increased from 1116.8 MPa to 1286.1 MPa, 1363.2 MPa to 1576.3 MPa and 5.4% to 6.9%, respectively. Furthermore, a broader steady state of strain softening behavior was found in the CRA alloy, which is attributed to the additional strengthening and hardening effects resulting from high density of deformation nanotwins and phase transformations. Additionally, the research results show that the ultra-high strength and sufficient ductility of CRA alloy are attributed to the synergistic effect of multiple mechanisms, such as strengthening induced by heterogeneous microstructure of σ precipitate/HCP phase/FCC matrix phase, and high work hardening ability caused by the heterogeneity of high density deformation nanotwins, geometrically necessary dislocations (GND), stacking faults (SFs) and Lomer-Cottrell locks (L-C locks) nano-scale defects. This work provides useful insights for alloys that involves multiple heterogeneous microstructures strengthening and provides a promising approach for the design and manufacture of high-strength structural materials.