Heuristics for Molten-Salt Synthesis of Single-Crystalline Ultrahigh-Nickel Layered Oxide Cathodes

材料科学 熔盐 阴极 溶解 氧化物 电解质 化学工程 镍 盐(化学) 晶界 晶体生长 纳米技术 无机化学 电极 冶金 微观结构 结晶学 有机化学 物理化学 化学 工程类
作者
Alex Mesnier,Arumugam Manthiram
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 12895-12907 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsami.2c16326
摘要

In pursuit of Li-ion batteries with higher energy density, ultrahigh-nickel layered oxides are a leading candidate for next-generation cathode materials. Single-crystalline morphology offers a neat solution to the poor stability of ultrahigh-Ni cathodes; a lower active surface area mitigates electrolyte decomposition at high voltages, and the elimination of grain boundaries improves mechanical resilience and increases volumetric energy density. However, single-crystal cathodes possess their own challenges, several of which originate from synthesis at elevated temperatures meant to induce grain growth. Molten-salt synthesis is an alternative method for obtaining single crystals, accelerating grain growth through the presence of a molten flux without the need for increased temperature. Herein, we offer heuristic guidelines for molten-salt synthesis, discussing key factors for designing reaction mixtures and the necessary exploratory research for novel molten salt/cathode systems. The influence of different salts and synthesis conditions on the morphology and properties of single-crystal LiNiO 2 is presented. It is found that oxidative salts, such as Li 2 O 2 and LiNO 3, are crucial to supplementing dissolution of gaseous oxygen into the molten phase. Through these discussions, this work aims to provide a set of overarching principles for obtaining higher-quality single-crystal layered oxide cathodes and engender more rigorous and impactful investigation into their fundamental nature and applications.
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