High-energy cathode material for long-life and safe lithium batteries

材料科学 锂(药物) 阴极 热稳定性 化学工程 氧化物 复合材料 冶金 化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Yang‐Kook Sun,Seung‐Taek Myung,Byung-Chun Park,Jai Prakash,Ilias Belharouak,Khalil Amine
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:8 (4): 320-324 被引量:1472
标识
DOI:10.1038/nmat2418
摘要

Layered lithium nickel-rich oxides, Li[Ni(1-x)M(x)]O(2) (M=metal), have attracted significant interest as the cathode material for rechargeable lithium batteries owing to their high capacity, excellent rate capability and low cost. However, their low thermal-abuse tolerance and poor cycle life, especially at elevated temperature, prohibit their use in practical batteries. Here, we report on a concentration-gradient cathode material for rechargeable lithium batteries based on a layered lithium nickel cobalt manganese oxide. In this material, each particle has a central bulk that is rich in Ni and a Mn-rich outer layer with decreasing Ni concentration and increasing Mn and Co concentrations as the surface is approached. The former provides high capacity, whereas the latter improves the thermal stability. A half cell using our concentration-gradient cathode material achieved a high capacity of 209 mA h g(-1) and retained 96% of this capacity after 50 charge-discharge cycles under an aggressive test profile (55 degrees C between 3.0 and 4.4 V). Our concentration-gradient material also showed superior performance in thermal-abuse tests compared with the bulk composition Li[Ni(0.8)Co(0.1)Mn(0.1)]O(2) used as reference. These results suggest that our cathode material could enable production of batteries that meet the demanding performance and safety requirements of plug-in hybrid electric vehicles.
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