Conformal PEDOT Coating Enables Ultra-High-Voltage and High-Temperature Operation for Single-Crystal Ni-Rich Cathodes

材料科学 阴极 佩多:嘘 涂层 化学工程 电解质 微晶 保形涂层 单晶 纳米技术 光电子学 冶金 结晶学 电极 化学 图层(电子) 物理化学 工程类
作者
Qiang Liu,Yu-Tong Liu,Chen Zhao,Qingsong Weng,Junjing Deng,Inhui Hwang,Yi Jiang,Cheng‐Jun Sun,Tianyi Li,Wenqian Xu,Ke Du,Amine Daali,Gui‐Liang Xu,Khalil Amine,Guohua Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (9): 14527-14538 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c04959
摘要

Single-crystal Ni-rich Li[NixMnyCo1-x-y]O2 (SC-NMC) cathodes represent a promising approach to mitigate the cracking issue of conventional polycrystalline cathodes. However, many reported SC-NMC cathodes still suffer from unsatisfactory cycling stability, particularly under high charge cutoff voltage and/or elevated temperature. Herein, we report an ultraconformal and durable poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) coating for SC-NMC cathodes using an oxidative chemical vapor deposition (oCVD) technique, which significantly improves their high-voltage (4.6 V) and high-temperature operation resiliency. The PEDOT coated SC LiNi0.83Mn0.1Co0.07O2 (SC-NMC83) delivers an impressive capacity retention rate of 96.7% and 89.5% after 100 and 200 cycles, respectively. Significantly, even after calendar aging at 45 °C and 4.6 V, the coated cathode can still retain 85.3% (in comparison with 59.6% for the bare one) of the initial capacity after 100 cycles at a 0.5 C rate. Synchrotron X-ray experiments and interface characterization collectively reveal that the conformal PEDOT coating not only effectively stabilizes the crystallographic structure and maintains the integrity of the particles but also significantly suppresses the electrolyte's corrosion, resulting in improved electrochemical/thermal stability. Our findings highlight the promise of an oCVD PEDOT coating for single-crystal Ni-rich cathodes to meet the grand challenge of high-energy batteries under extreme conditions.
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