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

材料科学 法拉第效率 电解质 阴极 无定形固体 电极 电化学 涂层 化学工程 锂(药物) 纳米技术 冶金 有机化学 工程类 内分泌学 医学 化学 物理化学
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:145
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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