Enhancing High-Voltage Performance of Ni-Rich Cathode by Surface Modification of Self-Assembled NASICON Fast Ionic Conductor LiZr2(PO4)3

材料科学 快离子导体 阴极 电解质 电化学 化学工程 涂层 电极 表面改性 离子 离子电导率 纳米技术 离子键合 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Jiafeng Zhang,Jianyong Zhang,Xing Ou,Chunhui Wang,Chunli Peng,Bao Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (17): 15507-15516 被引量:148
标识
DOI:10.1021/acsami.9b00389
摘要

Coating methodology is commonly employed in the enhancement of Ni-rich cathodes for Li-ion batteries as an efficient approach, while its strategy and effect are still great challenges to achieve success in surface modifications for comprehensive electrochemical properties. In this work, the surface of Ni-rich cathode LiNi0.82Co0.15Al0.03O2 (NCA) is modified by intimately coating NASICON-type solid electrolyte LiZr2(PO4)3 (LZP) via a facile approach involving electrostatic attraction. With well-designed architecture and a uniform NASICON-type LZP nanolayer wrapping over the NCA microsphere, the entire electrode demonstrates exceptional Li+ diffusion and conductivity and suppresses the side reaction between electrolyte and electroactive NCA, stabilizing the phase interface with less Li+/Ni2+ cation mixing. As a result, the NCA@LZP can deliver a high reversible capacity of 182 mAh g-1 at 1C in 2.7-4.3 V, maintaining the capacity retention of 84.6% after 100 cycles. More importantly, the structure stability of NCA is enhanced substantially by surface modification of LZP at high cutoff voltage. It achieves a reversible capacity of 204 mAh g-1 and keeps 100.4 mAh g-1 after 500 cycles at 1C in the potential range of 2.7-4.5 V. This effective strategy of using NASICON fast ionic conductor like LZP as a coating layer may provide a new insight to modify the surface of Ni-rich electrode, improving the rate capability and cyclic performance under high voltage.
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