Enhanced Stability and Performance of High‐Voltage LNMO Cathodes with Dual‐Anion Niobium Oxyfluoride Coating

材料科学 阴极 原子层沉积 锂(药物) 涂层 化学工程 氧化物 图层(电子) 纳米技术 冶金 化学 物理化学 工程类 医学 内分泌学
作者
Aakash Ahuja,Sri Harsha Akella,Abhinanda Sengupta,Pratima Kumari,Malachi Noked,Sagar Mitra
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (38): e05389-e05389 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202505389
摘要

High energy cathodes with low environmental impact are critical for the development of next-generation lithium-ion batteries (LIBs). Lithium nickel manganese oxide (LNMO) cathode is a promising cathode candidate due to its high operating potential (≈4.7 V vs Li+/Li), energy density (≈650 Wh kg-1), thermal stability, and cost-effectiveness. However, it suffers from interfacial degradation and processing limitations. This work pioneers the implementation of niobium oxyfluoride as a multifunctional protective coating on LNMO for high-voltage LIBs applications. A conformal, ultrathin NbO2F layer (≈5 nm) is precisely engineered via atomic layer deposition, to improve cathode stability. The coating's dual-anion architecture (F- and O2-) and chemically inert Nb5+ state offers improved resistance to hydrofluoric acid-induced corrosion, suppressing transition-metal dissolution, and mitigating capacity degradation. In half-cell configuration, the niobium oxyfluoride coated LNMO (NbO2F@LNMO) versus Li/Li+ achieves >91% capacity retention after 500 cycles. At high temperature (60 °C), the cathode demonstrates 92.8% retention at 0.1 C and 550 Wh kg-1 energy density after 100 cycles. Full-cell comprising the NbO2F@LNMO cathode exhibits >94% capacity retention after 100 cycles. Additionally, the NbO2F@LNMO cathode exhibits a remarkable resilience under high-humidity environments, underscoring its robust long-term storage capabilities and processability. This approach provides a pathway toward practical LNMO cathodes for high-voltage, stable, and cost effective LIBs.
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