Formation and Detriments of Residual Alkaline Compounds on High‐Nickel Layered Oxide Cathodes

材料科学 氧化镍 氧化物 阴极 碱性电池 化学工程 无机化学 冶金 电极 化学 电解质 工程类 物理化学
作者
Zehao Cui,Peng Zuo,Zezhou Guo,Chongmin Wang,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (33): e2402420-e2402420 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adma.202402420
摘要

Abstract High‐nickel layered oxides LiNi x M 1‐x O 2 ( x ≥ 0.9) have emerged as promising cathode materials for automotive batteries due to their high energy density and lower cost. However, the formation and accumulation of surface alkaline compounds during storage hinder their mass production and commercialization. Here, a validated chemical method is employed to deconvolute and quantify the evolution of each residual lithium compound in four representative cathodes during ambient‐air storage, viz., LiNiO 2 (LNO), LiNi 0.95 Co 0.05 O 2 (NC), LiNi 0.95 Mn 0.05 O 2 (NM), and LiNi 0.95 Al 0.05 O 2 (NA). Furthermore, the activation energy of the reaction between water and the cathode is determined by measuring the leached LiOH concentration at various temperatures. While residual lithium and time‐of‐flight secondary‐ion mass spectrometry measurements collectively reveal that the air stability overall follows the trend of NM > NA ≈ NC > LNO, the aged NM exhibits the highest charge‐transfer resistance and the worst electrochemical performance among the cathodes. In situ, X‐ray diffraction and scanning transmission electron microscopy unveil that the aged NM is plagued by a large area of resistive spinel‐like M 3–x Li x O 4 phases, leading to aggravated particle reaction heterogeneity. Finally, a one‐step recalcination method is demonstrated effective in fully restoring the degraded cathodes. This work provides insights into overcoming air sensitivity issues of high‐Ni cathodes.
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