Advanced Nanoparticle Coatings for Stabilizing Layered Ni‐Rich Oxide Cathodes in Solid‐State Batteries

材料科学 涂层 电解质 纳米颗粒 阴极 表面改性 氧化物 纳米技术 化学工程 阳极 同质性(统计学) 电极 冶金 物理化学 化学 工程类 统计 数学
作者
Yuan Ma,Jun Hao Teo,Felix Walther,Yanjiao Ma,Ruizhuo Zhang,Andrey Mazilkin,Yushu Tang,Damian Goonetilleke,Jürgen Janek,Matteo Bianchini,Torsten Brezesinski
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (23) 被引量:69
标识
DOI:10.1002/adfm.202111829
摘要

Abstract Improving the interfacial stability between cathode active material (CAM) and solid electrolyte (SE) is a vital step toward the development of high‐performance solid‐state batteries (SSBs). One of the challenges plaguing this field is an economical and scalable approach to fabricate high‐quality protective coatings on the CAM particles. A new wet‐coating strategy based on preformed nanoparticles is presented herein. Nonagglomerated nanoparticles of the coating material ( ≤ 5 nm, exemplified for ZrO 2 ) are prepared by solvothermal synthesis, and after surface functionalization, applied to a layered Ni‐rich oxide CAM, LiNi 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 O 2 (NCM85), producing a uniform surface layer with a unique structure. Remarkably, when used in pelletized SSBs with argyrodite Li 6 PS 5 Cl as SE, the coated NCM85 is found to exhibit superior lithium‐storage properties ( q dis ≈ 204 mAh g NCM85 −1 at 0.1 C rate and 45 ° C) and good rate capability. The key to the observed improvement lies in the homogeneity of coating, suppressing interfacial side reactions while simultaneously limiting gas evolution during operation. Moreover, this strategy is proven to have a similar effect in liquid electrolyte‐based Li‐ion batteries and can potentially be used for the application of other, even more favorable, nanoparticle coatings.
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