Tracing and Healing Multiscale Defects for Cost‐Effective Lithium Carbonate‐Derived Layered Oxide Cathodes

材料科学 氧化剂 氧化物 锂(药物) 阴极 微尺度化学 氢氧化物 碳酸锂 纳米尺度 碳酸盐 化学工程 氢氧化锂 阳极 降级(电信) 钝化 电极 纳米技术 氧化锂 无机化学 氢氧化钠 电解质 结构稳定性 碳酸钠 阳极氧化铝
作者
Jaesub Kwon,Innyoung Kim,Jong‐Heon Lim,이도운,Youngsu Lee,Kyoung Eun Lee,Hoyeon Shin,Young Jin Lim,Siyeong Park,Seok Mun Kang,Jaesang Yoon,Youngki Kim,김지현,Eugene Kim,Younghyun Kim,Kyu‐Young Park,Docheon Ahn,Yong‐Tae Kim
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71727
摘要

ABSTRACT Lithium carbonate (LC) is markedly cheaper than lithium hydroxide (LH) but remains underused for layered oxide cathodes because LC‐derived materials perform poorly. Here, using a mid‐Ni cathode, LiNi 0.65 Co 0.05 Mn 0.30 O 2 (N65), we trace this performance gap to LC‐induced defects that span length scales, from atomic‐scale disorder to nanoscale and microscale porosity. These defects originate from three features of the carbonate pathway that act across the solid, liquid, and gas phases, namely decoupled dehydration and lithiation, late melting of the carbonate, and a locally oxygen‐deficient atmosphere from evolving CO 2 . Guided by this picture, we heal the defects with a single secondary heat treatment (SH) that adds an optimized amount of LH, simultaneously replenishing lithium, restoring an oxidizing atmosphere, and densifying the structure. The resulting N65‐LC SH achieves discharge capacity, rate capability, and cycling stability comparable to those of the LH counterpart, while cutting the lithium precursor cost by 9% to 16% relative to conventional all‐LH synthesis. More broadly, the gap between LH and LC is not an intrinsic property of the carbonate but a consequence of a precursor‐specific pathway that, once traced, can be engineered around to unlock low‐cost, high‐performance Ni‐based layered oxide cathodes.
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