In situ inorganic conductive network formation in high-voltage single-crystal Ni-rich cathodes

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作者
Xinming Fan,Xing Ou,Wengao Zhao,Yun Liu,Bao Zhang,Jiafeng Zhang,Lianfeng Zou,Lukas Seidl,Yangzhong Li,Guorong Hu,Corsin Battaglia,Yong Yang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 5320-5320 被引量:469
标识
DOI:10.1038/s41467-021-25611-6
摘要

Abstract High nickel content in LiNi x Co y Mn z O 2 (NCM, x ≥ 0.8, x + y + z = 1) layered cathode material allows high specific energy density in lithium-ion batteries (LIBs). However, Ni-rich NCM cathodes suffer from performance degradation, mechanical and structural instability upon prolonged cell cycling. Although the use of single-crystal Ni-rich NCM can mitigate these drawbacks, the ion-diffusion in large single-crystal particles hamper its rate capability. Herein, we report a strategy to construct an in situ Li 1.4 Y 0.4 Ti 1.6 (PO 4 ) 3 (LYTP) ion/electron conductive network which interconnects single-crystal LiNi 0.88 Co 0.09 Mn 0.03 O 2 (SC-NCM88) particles. The LYTP network facilitates the lithium-ion transport between SC-NCM88 particles, mitigates mechanical instability and prevents detrimental crystalline phase transformation. When used in combination with a Li metal anode, the LYTP-containing SC-NCM88-based cathode enables a coin cell capacity of 130 mAh g −1 after 500 cycles at 5 C rate in the 2.75-4.4 V range at 25 °C. Tests in Li-ion pouch cell configuration (i.e., graphite used as negative electrode active material) demonstrate capacity retention of 85% after 1000 cycles at 0.5 C in the 2.75-4.4 V range at 25 °C for the LYTP-containing SC-NCM88-based positive electrode.
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