Metal–organic framework coating layer with inherent self-reactivity toward lithium ions to enhance both structural stability and electrochemical performance of LiNi0.9Co0.085Mn0.015O2 cathodes

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作者
Seoyoon Shin,Yeowon Yoon,Sooyeol Park,Moo Whan Shin
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:643: 158735-158735 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158735
摘要

Layered cathode materials present challenges, including crack formation, cation mixing, and unfavorable side reactions with electrolytes, which limits rate and cycling performance. This study developed a lithium-intercalated metal–organic framework (i–MOF) with self-reactivity for Li+ to coat high-Ni cathodes. The 2D-packed structure enables free movement of Li+ on i-MOF and redox reactions between Li+ and carboxylate anions, facilitating rapid intercalation/deintercalation of Li+ into the Li layer of the cathode. The i-MOF layer reduces transition metal dissolution, prevents unfavorable side reactions, provides robust protection against corrosion, and enhances cathode properties such as redox reactions with Li+; high thermal stability (≤600 ℃); rapid Li+ diffusion at the cathode–electrolyte interface; protection against volume expansion and phase transition; and suppression of cathode–electrolyte side reactions. Consequently, i–MOF-coated LiNi0.9Co0.085Mn0.015O2 (i-NCM) exhibited improved electrochemical performance, enhanced structural stability, and minimal phase change. The i-NCM exhibited a higher initial discharge capacity (219.70 mAh g−1) than NCM (206.68 mAh g−1 at 0.1C) and superior cycling stability (144.72 and 106.92 mAh g−1 with 71.10 % and 46.84 % cycle retention after 100 cycles at 25 and 50 ℃, respectively). This study demonstrates the potential of i-MOFs as cathode coating materials for Li-ion batteries.
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