Accelerated Degradation in a Quasi-Single-Crystalline Layered Oxide Cathode for Lithium-Ion Batteries Caused by Residual Grain Boundaries

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作者
Rui Zhang,Chunyang Wang,Mingyuan Ge,Huolin L. Xin
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (9): 3818-3824 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01103
摘要

The rapidly growing demand of electrical vehicles (EVs) requires high-energy-density lithium-ion batteries (LIBs) with excellent cycling stability and safety performance. However, conventional polycrystalline high-Ni cathodes severely suffer from intrinsic chemomechanical degradation and fast capacity fade. The emerging single-crystallization strategy offers a promising pathway to improve the cathode's chemomechanical stability; however, the single-crystallinity of the cathode is not always guaranteed, and residual grain boundaries (GBs) could persist in nonideal synthesis conditions, leading to the formation of "quasi-single-crystalline" (QSC) cathodes. So far, there has been a lack of understanding of the influence of these residual GBs on the electrochemical performance and structural stability. Herein, we investigate the degradation pathway of a QSC high-Ni cathode through transmission electron microscopy and X-ray techniques. The residual GBs caused by insufficient calcination time dramatically exacerbate the cathode's chemomechanical instability and cycling performance. Our work offers important guidance for next-generation cathodes for long-life LIBs.
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