Electrolyte Regulation in Stabilizing the Interface of a Cobalt-Free Layered Cathode for 4.8 V High-Voltage Lithium-Ion Batteries

材料科学 电解质 阴极 锂(药物) 锂钴氧化物 电极 化学工程 锂离子电池 电池(电) 物理化学 化学 工程类 内分泌学 功率(物理) 物理 医学 量子力学
作者
Mingyuan Ma,Zhenglu Zhu,Dan Yang,Long Qie,Zhimei Huang,Yunhui Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 12554-12562 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.3c18711
摘要

The cobalt-free layered oxide cathode of LiNi0.65Mn0.35O2 is promising for high-energy-density lithium-ion batteries (LIBs). However, under high-voltage conditions, severe side reactions between the Co-free cathode and electrolyte, as well as grain boundary cracks and pulverization of particles, hinder its practical applications. Herein, an electrolyte regulation strategy is proposed by adding fluoroethylene carbonate (FEC) and LiPO2F2 as electrolyte additives in carbonate-based electrolytes to address the above issues. As a result, a homogeneous and dense organic–inorganic hybrid cathode electrolyte interface (CEI) film is formed on the cathode surface. The CEI film consists of C-F, LiF, Li2CO3, and LixPOyFz species, which is proven to be highly conductive and effective in suppressing structure damage and alleviating the interfacial reactions between the cathode and electrolyte. With such a CEI film, the interfacial stability of the Co-free cathode and the high-voltage cycling performance of Li||LiNi0.65Mn0.35O2 are greatly improved. A reversible capacity of 155.1 mAh g–1 and a capacity retention of 81.3% over 150 cycles are attained at a 4.8 V charge cutoff voltage with the tamed electrolyte, whereas the cell without the additives only retains 76.1% capacity retention. Therefore, our work demonstrates the synergistic effect of FEC and LiPO2F2 in stabilizing the interface of Co-free cathode materials and provides an alternative strategy for the electrolyte design of high-voltage LIBs.
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