Enhancing Mechanical Resilience in Li-Ion Battery Cathodes with Nanoscale Elastic Framework Coatings

材料科学 电极 阴极 涂层 阳极 储能 纳米技术 电化学 电池(电) 复合材料 化学工程 功率(物理) 物理化学 化学 工程类 物理 量子力学
作者
Jong‐Heon Lim,Jaehyun Kim,Jiwoong Oh,Jaesub Kwon,Kyoung Eun Lee,Youngsu Lee,Seong‐Eun Park,Jun Lim,Dongwook Shin,Changshin Jo,Yong‐Tae Kim,Janghyuk Moon,Mark C. Hersam,Kyu‐Young Park
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (1): 1588-1599 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14980
摘要

Lattice volume changes in Li-ion batteries active materials are unavoidable during electrochemical cycling, posing significant engineering challenges from the particle to the electrode level. In this study, we present an elastic framework coating designed to absorb and reversibly release strain energy associated with particle volume changes, thereby enhancing mechanical resilience at both the particle and electrode levels. This framework, composed of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs), is applied to nickel-rich LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 (NCM9055) cathodes at a low loading of 0.5 wt %, effectively mitigating critical issues such as particle cracking, volume changes, and electrode thickness variations during cycling. Leveraging these advantages, an energy-dense electrode is achieved with a high active material loading of 20 mg cm-2, without the need for additional carbon additives. Demonstrated in a pouch cell format, this electrode achieves an exceptional capacity retention of 77.7% after 1000 cycles. This approach provides a comprehensive solution for designing Li-ion batteries capable of withstanding lattice volume variations, offering valuable insights for next-generation batteries technologies.
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