Onset Potential for Electrolyte Oxidation and Ni-Rich Cathode Degradation in Lithium-Ion Batteries

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作者
Wesley M. Dose,Weiqun Li,Israel Temprano,Christopher A. O’Keefe,B. Layla Mehdi,Michael F. L. De Volder,Clare P. Grey
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (10): 3524-3530 被引量:127
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c01722
摘要

High-capacity Ni-rich layered metal oxide cathodes are highly desirable to increase the energy density of lithium-ion batteries. However, these materials suffer from poor cycling performance, which is exacerbated by increased cell voltage. We demonstrate here the detrimental effect of ethylene carbonate (EC), a core component in conventional electrolytes, when NMC811 (LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2) is charged above 4.4 V vs Li/Li+-the onset potential for lattice oxygen release. Oxygen loss is enhanced by EC-containing electrolytes-compared to EC-free-and correlates with more electrolyte oxidation/breakdown and cathode surface degradation, which increase concurrently above 4.4 V. In contrast, NMC111 (LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2), which does not release oxygen up to 4.6 V, shows a similar extent of degradation irrespective of the electrolyte. This work highlights the incompatibility between conventional EC-based electrolytes and Ni-rich cathodes (more generally, cathodes that release lattice oxygen such as Li-/Mn-rich and disordered rocksalt cathodes) and motivates further work on wider classes of electrolytes and additives.
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