Lithium Transport Pathways Guided by Grain Architectures in Ni-Rich Layered Cathodes

方向错误 晶界 材料科学 阴极 透射电子显微镜 锂(药物) 相(物质) 化学物理 离子 晶粒生长 粒度 化学工程 结晶学 微观结构 纳米技术 复合材料 化学 工程类 内分泌学 医学 物理化学 有机化学
作者
Yuki Nomura,Kazuo Yamamoto,Yuji Yamagishi,Emiko Igaki
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (12): 19806-19814 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c07252
摘要

Ni-rich layered cathodes have been used in commercial Li-ion batteries because of their high capacity and low cost. However, they suffer from crack formation at the grain boundaries owing to heterogeneous large volume changes during the reactions. To improve their performance, a comprehensive understanding of the grain architecture, Li transport pathways, and phase transitions is essential. Here, we show the correlations between these factors using in situ transmission electron microscopy. The results show that Li ions are extracted through tortuous paths connecting the Li-containing a-b planes in the crystals. Moreover, the grain boundary resistance depends not only on the misorientations of the neighboring grains. Even twins with misorientation angles of 70° are not decisive factors in Li movement. We also show the existence of two-phase separation in single crystals between two hexagonal phases during fast charging. These results provide valuable information for determining the optimal grain architecture and for material design, helping enhance high capacity and high stability.
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