Effect of cobalt content on the electrochemical properties and structural stability of NCA type cathode materials

文献情報

出版日 2018-08-16
DOI 10.1039/C8CP03237H
インパクトファクター 3.676
著者

Kamalika Ghatak, Swastik Basu, Tridip Das, Vidushi Sharma, Hemant Kumar, Dibakar Datta


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要旨

At present, the most common type of cathode materials, NCA (Li1−xNi0.80Co0.15Al0.05O2, x = 0 to 1), have a very high concentration of cobalt. Since cobalt is toxic and expensive, the existing design of cathode materials is neither cost-effective nor environmentally benign. We have performed density functional theory (DFT) calculations to investigate electrochemical, electronic, and structural properties of four types of NCA cathode materials with the simultaneous decrease in Co content along with the increase in Ni content. Our results show that even if the cobalt concentration is significantly decreased from 16.70% (NCA_I) to 4.20% (NCA_IV), variation in intercalation potential and specific capacity is not significant. For example, in the case of 50% Li concentration, the voltage drop is only ∼17% while the change in specific capacity is negligible. Moreover, we have also explored the influence of sodium doping in the intercalation site on the electrochemical, electronic, and structural properties. By considering two extreme cases of NCAs (i.e., with highest and lowest Co content: NCA_I and NCA_IV, respectively), we have demonstrated the importance of Na doping from the structural and electronic point of view. Our results provide insight into the design of environmentally benign, low-cost cathode materials with reduced cobalt concentration.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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