Double gas treatment: A successful approach for stabilizing the Li and Mn-rich NCM cathode materials’ electrochemical behavior

材料科学 阴极 电化学 电解质 石墨 电极 阳极 化学工程 复合材料 化学 工程类 物理化学
作者
Sandipan Maiti,Hadar Sclar,Rosy Rosy,Judith Grinblat,M. Talianker,Maria Tkachev,Merav Nadav Tsubery,Xiaohan Wu,Malachi Noked,Boris Markovsky,Doron Aurbach
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:45: 74-91 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.11.044
摘要

Herein, a systematic surface modification approach via double gas (SO2 and NH3) treatment at elevated temperatures is described, aimed to achieve a stable electrochemical performance of Li and Mn-rich NCM cathode materials of a typical composition 0.33Li2MnO3·0.67LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2 (HE-NCM). Partial surface reduction of Mn4+ and the formation of a modified interface comprising Li-ions conductive nano-sized Li2SO4/Li2SO3 phases are established. Li-coin cells’ prolonged cycling performance demonstrated significantly improved capacity retention (∼2.2 times higher than untreated cathode materials) for the double-gas-treated cathodes after 400 cycles at a 1.0 C rate. Stable discharge potential and lower voltage hysteresis during cycling were also achieved through the double gas treatment. Comparative electrochemical studies in full-pouch cells [vs. Graphite anodes] also demonstrated considerably stabilized electrochemical behavior for the double-gas-treated HE-NCM cathode materials. Lower gasses (O2, CO2, and H2) evolution in the first charge-discharge cycle and improved thermal stability are indeed crucial achievements of this treatment. Electrodes’ post-cycling investigation revealed morphological integrity of the gas-treated cathode materials and lower transition metals (TMs) dissolution from the active cathodes. The positive effects of the double gas treatment are clearly related to the modified surfaces and lessening undesirable side reactions at the electrode-electrolyte solution interface.
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