Temperature-Swing Synthesis of Large-Size Single-Crystal LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 Cathode Materials

烧结 材料科学 粒度 微晶 晶粒生长 阴极 电池(电) 氧化钴 氧化物 等温过程 化学工程 冶金 锂(药物) 化学 热力学 物理化学 内分泌学 功率(物理) 工程类 物理 医学
作者
Guannan Qian,Zhiyuan Li,Dechao Meng,Jia-bing Liu,Yu‐Shi He,Qunli Rao,Yijin Liu,Zhenqiang Ma,Linsen Li
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:168 (1): 010534-010534 被引量:39
标识
DOI:10.1149/1945-7111/abdde0
摘要

Single-crystal lithium-nickel-manganese-cobalt-oxide (SC-NMC) has recently emerged as a promising battery cathode material due to its outstanding cycle performance and mechanical stability over the tradional polycrystalline NMC. It is favorable to further increase the grain size of SC-NMC particles to achieve a higher volumetric energy density and minimize surface-related degradations. However, the preparation of large-size yet high performance SC-NMC particles faces a challenge in choosing a suitable temperature for sintering. High temperature promotes grain growth but induces cation mixing that negatively impacts the electrochemical performance. Here we report a temperature-swing sintering (TSS) strategy with two isothermal stages that fulfils the needs for grain growth and structural ordering sequentially. A high-temperature sintering is first used for a short period of time to increase grain size and then the reaction temperature is lowered and kept constant for a longer period of time to improve structural ordering and complete the lithiation process. SC-LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 materials prepared via TSS exhibit large grain size (∼4 μ m), a low degree of cation mixing (∼0.9%), and outperform the control samples prepared by the conventional sintering method. This work highlights the importance of understanding the process-structure-property relationships and may guide the synthesis of other SC Ni-rich cathode materials.
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