Crack-free single-crystal LiNi0.83Co0.10Mn0.07O2 as cycling/thermal stable cathode materials for high-voltage lithium-ion batteries

材料科学 阴极 电解质 锂(药物) 热稳定性 溶解 微晶 离子 电极 化学工程 复合材料 化学 冶金 物理化学 工程类 内分泌学 有机化学 医学
作者
Peipei Pang,Xinxin Tan,Zheng Wang,Zhiju Cai,Junmin Nan,Zhenyu Xing,Hong Li
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:365: 137380-137380 被引量:147
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2020.137380
摘要

The needs for lightweight portable electronic devices and long-duration electric vehicles impel the development of high-energy lithium-ion batteries (LIBs). As a promising cathode material, the high nickel content (x) and cutoff voltage facilitate to increase energy density of LiNixCoyMnzO2 (x+y+z=1) whereas they impair cycling and thermal stability. Herein, we first synthesize crack-free single crystal LiNi0.83Co0.10Mn0.07O2 (SC-NCM) materials, which possess superior cycling and thermal stability at high voltages by decreasing the inter-granular fracture induced by anisotropic volume changes to retain the interior particle morphology integrity during long charge–discharge processes. Specifically, SC-NCM in full cells between 3.00 V and 4.35 V delivers reversible capacity of 167.0 mAh g−1 and capacity retention of 84.8% after 400 cycles at 0.5 C/25 °C, which are far larger than 107.7 mAh g−1 and 54.1% of conventional polycrystalline LiNi0.83Co0.10Mn0.07O2 (PC-NCM). The enhanced high-voltage cyclability of SC-NCM is attributed to lower transition metal dissolution, higher anti-crack performances, better phase transition reversibility and smaller volume change, revealed by in-situ X-ray diffraction and differential capacity curves between 3.0 and 4.9 V. The SC-NCM has better floating charge durability than PC-NCM at high temperature by depressing side reactions between cathode and electrolyte, and formation of nickel dendrite-induced internal short dots.
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