La/F协同共掺杂稳定富锂层状氧化物晶格氧结构以提升电化学性能

《Nanomaterials》：Synergistic La/F Co-Doping for Enhanced Lattice Oxygen Stability and Long-Term Cycling Stability in High-Capacity Li-Rich Layered Cathodes

　　富锂层状氧化物（LLOs）是下一代锂离子电池极具前景的阴极候选材料，因为其高可逆容量来源于过渡金属阳离子与晶格氧氧化还原的共同贡献。然而，亚稳态阴离子氧化还原引起的结构退化严重阻碍了其实际应用。本研究提出了一种协同La/F共掺杂策略，以增强LLOs的结构和电化学稳定性，并系统研究了La和F共掺杂修饰的互补效应及其对晶体结构、元素分布和电化学性能的影响。我们证明，La/F共掺杂能够稳定氧晶格框架，抑制过渡金属迁移至锂层，并促进长程结构有序化。从机理上讲，La3?掺杂扩大了晶格间距以促进Li?扩散，而F?替代则增强了金属-氟键，加固了阴离子框架并抑制不可逆的氧释放。因此，La/F共掺杂材料（LMCNOLF）表现出显著改善的首次库仑效率、优异的倍率性能和出色的长期循环稳定性。经过300次循环后，该材料仍保留了初始容量的89%，性能优于La单掺杂和未掺杂的对照样品。动力学分析表明，LMCNOLF保持了较低的电荷转移阻抗和较高的Li?扩散系数。本工作阐明了La/F协同掺杂稳定晶格氧并抑制结构退化的机理，为高性能富锂层状阴极的理性设计提供了途径。