Modified Nickel-Rich Cathodes via Conformal Nanoparticle Coating of Precursors Using a Single Reactor Process

阴极 材料科学 尖晶石 电解质 化学工程 纳米颗粒 电化学 涂层 共沉淀 纳米技术 冶金 电极 化学 工程类 物理化学
作者
Luqman Azhari,Renata Arsenault,Guanhui Gao,Yan Wang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (12): 14618-14627 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c03257
摘要

Ni-rich LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811) cathode materials, with a higher energy density compared to current commercial cathodes, are looked upon as the next improvement in lithium-ion batteries. However, modifications are needed to address issues of capacity fading due to a variety of degradation mechanisms, most of which initiate at the cathode/electrolyte interface. In this work, this issue is addressed by modifying a typical coprecipitation method to develop a heterogeneous precursor composed of transition-metal hydroxides coated with nanoparticles of composition Mn2.7Co0.3O4. Reactor conditions and feedstock are altered to induce nanoparticle formation directly after NMC811 hydroxide secondary particle formation, with pH, feedstock solution, and reaction time being significant factors. The lithiated and sintered cathode maintains a high initial capacity of ∼215 mAh/g because of the Ni-rich base material and an improvement of capacity retention of over 40% at both 25 and 55 °C temperatures due to a conformal nanoscale coating of LiMn1.8Co0.2O4 spinel material. Electrochemical analysis combined with transmission electron microscopy indicates that improvements are attributed to the suppression of impedance growth by reducing undesirable reactions between the Ni-rich cathode and electrolyte in the highly discharged state. This work demonstrates a practical method for synthesizing spinel-coated NMC during initial precursor synthesis as a step toward high-throughput commercialization of Ni-rich NMC cathodes.

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