Manganese and Cobalt-Free Ultrahigh-Ni-Rich Single-Crystal Cathode for High-Performance Lithium Batteries

阴极 材料科学 溶解 电化学 电解质 锂(药物) 过渡金属 容量损失 化学工程 电极 冶金 化学 催化作用 物理化学 内分泌学 工程类 医学 生物化学
作者
Adil Saleem,He Zhu,Muhammad K. Majeed,Rashid Iqbal,Bushra Jabar,Arshad Hussain,M. Zeeshan Ashfaq,Muhammad Ahmad,Sajid Rauf,Jean Pierre Mwizerwa,Jun Shen,Qi Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (17): 20843-20853 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.2c19687
摘要

Current commercial nickel (Ni)-rich Mn, Co, and Al-containing cathodes are employed in high-energy-density lithium (Li) batteries all around the globe. The presence of Mn/Co in them brings out several problems, such as high toxicity, high cost, severe transition-metal dissolution, and quick surface degradation. Herein, a Mn/Co-free ultrahigh-Ni-rich single-crystal LiNi0.94Fe0.05Cu0.01O2 (SCNFCu) cathode with acceptable electrochemical performance is benchmarked against a Mn/Co-containing cathode. Despite having a slightly lower discharge capacity, the SCNFCu cathode retaining 77% of its capacity across 600 deep cycles in full-cell outperforms comparable to a high-Ni single-crystal LiNi0.9Mn0.05Co0.05O2 (SCNMC; 66%) cathode. It is shown that the stabilizing ions Fe/Cu in the SCNFCu cathode reduce structural disintegration, undesirable side reactions with the electrolyte, transition-metal dissolution, and active Li loss. This discovery provides a new extent for cathode material development for next-generation high-energy, Mn/Co-free Li batteries due to the compositional tuning flexibility and quick scalability of SCNFCu, which is comparable to the SCNMC cathode.
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