Enhanced microstructure stability of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode with negative thermal expansion shell for long-life battery

阴极 材料科学 微观结构 电化学 复合数 化学工程 降级(电信) 复合材料 锂(药物) 电极 化学 电子工程 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Xinhong Hu,Kai Du,Yujia Zhang,Yabin Hou,Huiling Zhao,Ying Bai
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:640: 1005-1014 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.032
摘要

With high specific energy density, Ni-rich layered LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM) material has become one promising cathode candidate for advanced lithium-ion batteries (LIBs). However, severe capacity fading induced by microstructure degradation and deteriorated interfacial Li+ transportation upon repeated cycling makes the commercial application of NCM cathode in dilemma. To address these issues, LiAlSiO4 (LASO), one unique negative thermal expansion (NTE) composite with high ionic conductivity, is utilized as a coating layer to improve the electrochemical performances of NCM material. Various characterizations demonstrate that LASO modification can endow NCM cathode with significantly enhanced long-term cyclability, through reinforcing the reversibility of phase transition and restraining lattice expansion, as well as depressing microcrack generation during repeated delithiation-lithiation processes. The electrochemical results indicate that LASO-modified NCM cathode can deliver an excellent rate capability of 136 mAh g-1 at a high current rate of 10 C (1800 mA g-1), larger than that of the pristine cathode (118 mAh g-1), especially higher capacity retention of 85.4% concerning the pristine NCM cathode (65.7%) over 500 cycles under 0.2 C. This work provides a feasible strategy to ameliorate the interfacial Li+ diffusion and suppress the microstructure degradation of NCM material during long-term cycling, which can effectively promote the practical application of Ni-rich cathode in high-performance LIBs.
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