Operando Building of a Superior Interface Hybrid Film Enables Chemomechanically Durable Co-Free Ni-Rich Cathodes

材料科学 阴极 纳米技术 接口(物质) 工程物理 复合材料 电气工程 工程类 毛细管数 毛细管作用
作者
Haifeng Yu,Zhaofeng Yang,Qiang Han,Ling Chen,Hao Jiang,Chunzhong Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (20): 13428-13436 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c04125
摘要

The Co-free Ni-rich layered cathodes become pivotal to reduce cost and increase benefit toward next-generation Li-ion batteries yet raise a major challenge for their extremely fragile cathode-electrolyte interface (CEI) film. Herein, we report the in situ construction of the Si/B-enriched organic-inorganic hybrid CEI films on LiNi0.9Mn0.1O2 (NM91) with the assistance of tris(trimethylsilyl) borate (TMSB) additive. The hybrid film exhibits superior Young's modulus, mechanical strength, and ductility, which greatly dissipate the microstrain of Co-free Ni-rich cathodes under various states of charge with high structural integrity. Furthermore, the surface oxygen anions have been significantly stabilized by bonding with the Si and B ions of TMSB with high safety. These merits enable a durable Co-free Ni-rich layered cathode with 96.9% and 87.7% capacity retentions (versus 72.7% and 70.2% of NM91) at a high rate of 5C and a high-temperature of 55 °C after 100 cycles. In a pouch-type full cell, 88.8% of initial capacity is still maintained after cycling at 1C for 500 times, greatly expediting the development and application of Co-free Ni-rich layered cathodes.
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