Ni–Li anti-site defect induced intragranular cracking in Ni-rich layer-structured cathode

材料科学 阴极 成核 晶间腐蚀 开裂 原子单位 电化学 氧化物 冶金 复合材料 腐蚀 电极 热力学 物理化学 化学 物理 量子力学
作者
Qingyun Lin,Wenhao Guan,Jianbin Zhou,Jie Meng,Wei Huang,Tao Chen,Qiang Gao,Xiao Wei,Yuewu Zeng,Jixue Li,Ze Zhang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:76: 105021-105021 被引量:138
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105021
摘要

High packing density of Ni-rich lithium transition metal oxide (LTMO) cathodes contribute to high energy density of lithium-ion batteries, however, resulting in severe intergranular and intragranular cracking issues. Most of previous works are focused on understanding the behaviors of intergranular cracks. However, the incubation mechanism of intragranular crack, especially at atomic scale, is still unclear though they are one of the main obstacles for practical application of Ni-rich LTMO cathode. Here, we reveal at atomic scale the intragranular cracking mechanism of LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 cathode during cycling processes. Ni–Li anti-site defect enrichment region with lattice distortion has been identified as the nucleation site for intragranular crack in the primary particle. The growth of intragranular crack can be ascribed to the strain difference between layered phase and electrochemical inactive phase and the Columbic repulsion in cation-rich area, which originate from the Ni–Li anti-site defect in transformed structure. The golden strategy to acquire stable high-energy cathode lies in suppressing the migration of cations before cracks occur, providing new insights for the design of high-performance Ni-rich LTMO cathodes.
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