Cost‐Effective Layered Oxide – Olivine Blend Cathodes for High‐Rate Pulse Power Lithium‐Ion Batteries

材料科学 电解质 氧化物 阴极 锂钴氧化物 化学工程 氧化钴 储能 功率密度 电极 冶金 锂离子电池 电池(电) 电气工程 功率(物理) 工程类 化学 物理 物理化学 量子力学
作者
Steven Lee,Kevin Scanlan,Seth Reed,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (5) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/aenm.202403002
摘要

Abstract Sustainability and supply‐chain concerns require lithium‐ion batteries (LIBs) free from critical minerals, such as nickel and cobalt. While recent advances provide encouraging signs that cobalt can be removed, the question remains how much Ni can be removed from Co‐free layered oxide cathodes before sacrificing critical performance metrics. This study highlights the effect of reducing Ni by benchmarking several Co‐free cathodes with decreasing Ni content. Keeping the energy density the same by increasing the charge voltage, cathodes below 80% Ni content exhibit worsened capacity fade due to increasing oxygen release and electrolyte decomposition. Charge transfer and diffusion kinetics are also hindered with increasing Mn content and exacerbated by resistive surface phases formed at high voltages, rendering lower‐Ni, Co‐free cathodes less competitive than high‐Ni cathodes for high energy and power applications. It is demonstrated blending layered oxide with olivine as an effective alternative to deliver energy density and cycling stability comparable to lower‐Ni cathodes with moderate charging voltages. Blending with 30 wt% olivine LiMn 0.5 Fe 0.5 PO 4 (LMFP) virtually eliminates the diffusion limitation of layered oxides at low state‐of‐charge, with enhanced pulse power characteristics rivaling the high‐Ni counterparts. Cathode blending can further reduce the overall Ni content and cost without the performance limitations of lower‐Ni, Co‐free cathodes.
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