An Air‐Stable High‐Nickel Cathode with Reinforced Electrochemical Performance Enabled by Convertible Amorphous Li2CO3 Modification

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作者
Hang Sheng,Xin‐Hai Meng,Dongdong Xiao,Min Fan,Wan‐Ping Chen,Jing Wan,Jilin Tang,Yu‐Gang Zou,Fuyi Wang,Rui Wen,Ji‐Lei Shi,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (12) 被引量:120
标识
DOI:10.1002/adma.202108947
摘要

High-nickel (Ni ≥ 90%) cathodes with high specific capacity hold great potential for next-generation lithium-ion batteries (LIBs). However, their practical application is restricted by the high interfacial reactivity under continuous air erosion and electrolyte assault. Herein, a stable high-nickel cathode is rationally designed via in situ induction of a dense amorphous Li2 CO3 on the particle surface by a preemptive atmosphere control. Among the residual lithium compounds, Li2 CO3 is the most thermodynamically stable one, so a dense Li2 CO3 coating layer can serve as a physical protection layer to isolate the cathode from contact with moist air. Furthermore, amorphous Li2 CO3 can be transformed into a robust F-rich cathode electrolyte interphase (CEI) during cycling, which reinforces the cathode's interfacial stability and improves the electrochemical performance. The assembled coin cell with this modified cathode delivers a high discharge capacity of 232.4 mAh g-1 with a superior initial Coulombic efficiency (CE) of 95.1%, and considerable capacity retention of 90.4% after 100 cycles. Furthermore, no slurry gelation occurs during the large-scale electrode fabrication process. This work opens a valuable perspective on the evolution of amorphous Li2 CO3 in LIBs and provides guidance on protecting unstable high-capacity cathodes for energy-storage devices.
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