Formation Cycle Control for Enhanced Structural Stability of Ni-Rich LiNixCoyMn1-x-yO2 Cathodes

阴极 材料科学 电解质 锂(药物) 相(物质) 电极 离子 分析化学(期刊) 化学工程 冶金 物理化学 化学 内分泌学 有机化学 工程类 医学 色谱法
作者
Sungmin Na,Rena Oh,Jungyeon Song,Myoung‐Jae Lee,Kwangjin Park,Gyeong‐Su Park
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (2): 2136-2147 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c10476
摘要

Nickel-rich NCM cathode materials promise lithium-ion batteries with a high energy density. However, an increased Ni fraction in the cathode leads to complex phase transformations with electrode–electrolyte side reactions, which cause rapid capacity fading. Here, we show that an initial formation cycle at 0.1 C with a higher cutoff voltage (≥4.35 V) increases the stability of Ni-rich NCM (LiNi 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 O 2 ) particles during cycling at 1 C. We unveil that the formation of intragranular nanovoids is directly associated with the initial formation cycle at a lower charging cutoff voltage when oxygen vacancies are introduced at the Ni-rich NCM particle surface, due to irreversible electrolyte decomposition at the cathode–electrolyte interface. Nanovoid evolution of the Ni-rich NCM particles after 50 cycles increases the NiO-like rock salt phase; it results in intragranular cracks, which cause structural instability via heterogeneous phase distribution. This work demonstrates the importance of controlling Ni-rich NCM surface chemistry from the initial formation cycle to achieve better cycling stability.
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