Atomic-Scale Observations of Oxygen Release Degradation in Sulfide-Based All-Solid-State Batteries with Layered Oxide Cathodes

材料科学 阴极 电解质 化学工程 剥脱关节 氧化物 氧气 涂层 钝化 降级(电信) 纳米技术 电极 图层(电子) 石墨烯 化学 冶金 电信 有机化学 物理化学 计算机科学 工程类
作者
Shunsuke Kobayashi,Hideaki Watanabe,Takeharu Kato,Fuminori Mizuno,Akihide Kuwabara
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (34): 39459-39466 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsami.2c06950
摘要

All-solid-state batteries exhibit considerable potential for applications in electric vehicles. Understanding and controlling the oxygen release from the layered cathode active material are essential in achieving long-term operation of all-solid-state batteries because the oxygen release degrades the cathode material and the solid electrolyte, triggering capacity degradation. In this study, we verified the specific interface where the oxygen release is accelerated by atomic-scale scanning transmission electron microscopy and electron energy loss spectroscopy analyses. Oxygen release is suppressed at the interface where the LiNbO3 coating layer is sufficiently formed. Decomposition products on the solid electrolyte and the antisite defect layers on the cathode surface are formed by oxygen release at the interface where the Li2S-P2S5 solid electrolyte and Li(Ni1/3Mn1/3Ni1/3)O2 cathode are in direct contact. These irreversible passivation layers lead to capacity degradation. In addition, we found that exfoliation of the LiNbO3 coating from the cathode not only physically breaks the Li conduction path but also results in oxygen release and the deterioration of the cathode. These atomic-scale insights can further advance the development of all-solid-state batteries by suppressing oxygen release.
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