Stabilizing and understanding the interface between nickel-rich cathode and PEO-based electrolyte by lithium niobium oxide coating for high-performance all-solid-state batteries

材料科学 电解质 氧化物 涂层 化学工程 电化学 阴极 氧化铌 聚合物 电极 纳米技术 复合材料 冶金 工程类 物理化学 化学
作者
Jianneng Liang,Sooyeon Hwang,Shuang Li,Jing Luo,Yipeng Sun,Yang Zhao,Qian Sun,Weihan Li,Minsi Li,Mohammad Norouzi Banis,Xia Li,Ruying Li,Li Zhang,Shangqian Zhao,Shigang Lu,Huan Huang,Dong Su,Xueliang Sun
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:78: 105107-105107 被引量:132
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105107
摘要

The pursuit of high energy density and safe lithium ion batteries (LIBs) is a urgent goal for the development of next-generation electric vehicles (EVs). All-solid-state batteries (ASSBs) with the combination of poly(ethylene oxide) (PEO)-based solid polymer electrolyte (SPE) and Ni-rich lithium nickel manganese cobalt oxide LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811) cathode are promising candidates for EVs due to their improved energy density and safety. However, the low electrochemical oxidation window of PEO-based SPE and the instability of NMC811 at the charge/discharge process seriously restrict the battery performance. Herein, a high voltage stable solid-state electrolyte layer lithium niobium oxide (LNO) is coated on the NMC811 electrode surface by atomic layer deposition for stabilizing NMC811-PEO solid polymer batteries. Electrochemical tests show that LNO coating can stabilize the NMC811 active materials and mitigate the decomposition of SPE upon the cycling process, rendering a good performance of NMC811-PEO solid polymer battery. Mechanism studies by SEM, STEM, XAS, and XPS disclose that the uncoated NMC811 suffers from chemomechanical degradations along with oxygen release triggering the decomposition of SPE, which results in unstable cathodic electrolyte interphase. With LNO coating, chemomechanical degradations and oxygen release are inhibited and the decomposition of SPE is mitigated. This work renders a stable and high-performance high-energy-density SSB for high voltage application, which paves the way toward next-generation solid-state LIBs.
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