Bifunctional self-assembled molecular layer enables stable Ni-rich cathodes

材料科学 阴极 电解质 双功能 电化学 溶解 化学工程 图层(电子) 电极 纳米技术 催化作用 冶金 有机化学 化学 物理化学 工程类
作者
Qingyu Dong,Jianghua Wu,Yueqi Wang,Jizhen Qi,Jian Wang,Jing Li,Liyi Zhao,Shoulei Hu,Hui Shao,Yanbin Shen,Liwei Chen
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:63: 103054-103054 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103054
摘要

Ni-rich layered oxides (LiNixCoyMnzO2, x ≥ 0.8, x + y + z = 1) are attractive cathode material candidates for building high-energy-density batteries owing to their higher specific capacity compared to their lower-Ni-content analogues. However, the high nickel content also brings challenges, such as storage instability in ambient conditions and poor cycle life. In this work, we propose a surface chemistry regulation strategy to simultaneously enhance the air storage stability and electrochemical stability of high-nickel cathode materials. A bifunctional ultrathin layer composed of trimethoxy(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl)silane (PFDTMS) was constructed on the surface of single-crystal LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2 (NMC811) particles via molecular self-assembly. The passivating PFDTMS layer forms a superhydrophobic surface on the modified NMC811 particles, effectively mitigating deactivation reactions of NMC811 in air, and ensuring an uncompromised electrochemical performance of NMC811-based electrode after storing in air for two weeks. Furthermore, the self-assembled PFDTMS layer contributes to the formation of an electrochemical stable cathode–electrolyte interphase (CEI) on the NMC811 surface, improving the cycling stability of NMC811 at high cut-off voltages. The PFDTMS-based CEI also alleviates the chemical corrosion of NMC811 by the electrolyte, slows down the dissolution of transition metal ions during long term cycling. These findings present a straightforward, effective, eco-friendly, and cost-efficient approach to tackle the stability challenges inherent to Ni-rich layered cathode materials.
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