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

材料科学 阴极 阳极 锂(药物) 电极 化学工程 离子 单晶 石墨 Crystal(编程语言) 结晶学 复合材料 化学 工程类 内分泌学 物理化学 有机化学 医学 程序设计语言 计算机科学
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) 被引量:327
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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