Structural and interfacial stability of a coated Ni-rich layered oxide cathode at high-voltage operation

材料科学 阴极 氧化物 化学工程 电压 复合材料 光电子学 冶金 物理化学 电气工程 工程类 化学
作者
Princess Stephanie Llanos,Zahra Ahaliabadeh,Ville Miikkulainen,Xiangze Kong,Filipp A. Obrezkov,Jouko Lahtinen,Lide Yao,Hua Jiang,Ulla M. Lassi,Tanja M. Kallio
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:50: 101862-101862 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2025.101862
摘要

By increasing the cutoff potential of Ni-rich layered oxide cathodes , specifically LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (NMC811), Li-ion batteries (LIBs) can deliver higher energy densities ; a desirable performance trait in electric vehicle battery systems. However, this strategy compromises the structural and interfacial stability of NMC811, leading to a shorter operational lifetime. In this work, Li x W y O z (LWO) coating is formed on the surface of a NMC811 active material to address the instability issues. LWO-NMC811 reports an improved cycling stability compared with an uncoated NMC811 at a high-voltage operation of 3.0–4.6 V. Operando X-ray diffraction and operando dilatometry are combined with ex-situ characterization techniques to elucidate the degradation mechanisms that occur in the cathode material from initial cycling to after 100 charge-discharge cycles. The multiscale analyses show that LWO-NMC811 experiences a suppressed H2 → H3 contraction at the high state-of-charge, which results in lesser particle cracking and electrode thickness change. The LWO coating also diminishes the parasitic side reactions and supports the agile movement of Li + at the electrode-electrolyte interface. Overall, this work demonstrates an inter-mapping of the complex deterioration processes that occur during high-voltage cycling of Ni-rich NMC, which is useful in optimizing electrode design to achieve high performance LIBs.
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