Crack‐Free Single‐Crystalline LiNiO2 for High Energy Density All‐Solid‐State Batteries

材料科学 阴极 复合数 电化学 快离子导体 分离器(采油) 电解质 化学工程 卤化物 复合材料 无机化学 热力学 电极 物理化学 物理 工程类 化学
作者
Dongsoo Lee,Alex Mesnier,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (19) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/aenm.202303490
摘要

Abstract Single‐crystalline layered oxide (LiNi 1‐ x ‐ y Mn x Co y O 2 ) cathodes have been found to exhibit exceptional electrochemical properties when coupled with various inorganic solid electrolytes (ISEs) in all‐solid‐state batteries (ASSBs). Their advantages stem from the robust morphological integrity with the absence of grain boundaries and the high electrochemical oxidative stability. Here, ASSBs featuring single‐crystalline LiNiO 2 (LNO) with the highest Ni content are reported, offering a high theoretical specific capacity of 275 mAh g ‐1 alongside a high average discharge voltage (3.7 V vs Li + /Li). Through a careful investigation, it is demonstrated that micron‐sized single‐crystalline LNO (µSC‐LNO) composite cathodes with a halide ISE exhibit a high initial discharge capacity of 205 mAh g ‐1 with an outstanding cycle performance over 200 cycles in room‐temperature ASSBs. The significance of engineering parameters is emphasized, such as particle size and specific density, in promoting a homogeneous and fast Li + transport within the composite cathodes. Furthermore, the formation of undesirable interphase between the halide ISE in the cathode and sulfide ISE separator is elucidated, which may be a critical factor impeding long‐term cyclability of ASSBs. This work provides insights into the design of composite cathodes for high‐energy‐density ASSBs.
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