Fast charge induced phase evolution and element contribution of nickel-rich layered cathode for lithium-ion batteries

材料科学 阴极 相(物质) 锂(药物) 同步加速器 离子 八面体 相变 化学物理 物理化学 冶金 凝聚态物理 光学 化学 内分泌学 医学 物理 有机化学
作者
Qin‐Chao Wang,Zhi‐Kang Xu,Xun‐Lu Li,Jiaming Bai,Enyuan Hu,Seong‐Min Bak,Xiao‐Qing Yang,Yong‐Ning Zhou,Jie Han
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:119: 109019-109019 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109019
摘要

In nickel-rich layered cathode materials, three transition metals (TM = Ni, Co and Mn) play critical roles in Li storage performance. However, rate-dependent phase evolution and elemental contribution of nickel-rich cathode materials are not well understood, but very important for further design and development of these cathodes in high-power applications. Here, the rate-dependent phase evolution and elemental contribution of LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 (NMC532) cathode are investigated thoroughly by using time-resolved synchrotron-based in situ X-ray diffraction and absorption techniques. The increase of Ni content in NMC532 has been found to be the main cause of the complex structural changes, resulting in distortion of TM-O6 octahedron and strong static vibration between TM and O coordination. It is revealed that the fast charge (10 and 30C) of NMC532 leads to intermediate Li-poor phases, shrinking of H2 phase region, and prolonged O1 phase. During high-rate charging, Co is oxidized easily in low voltage region, while Ni mainly dominates charge compensation in high voltage region. It is found that delithiation-induced local structure distortion transfers from Ni to Co sites in fast kinetic process. These findings provide in-depth understanding for the fast charge behavior of Ni-rich layered cathode materials, and help to guide further development of advanced high power lithium-ion batteries.
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