Construction of internal electric field to suppress oxygen evolution of Ni-rich cathode materials at a high cutoff voltage

阴极 材料科学 电场 电解质 析氧 电化学 化学物理 尖晶石 化学工程 电极 化学 物理化学 冶金 量子力学 物理 工程类
作者
Youqi Chu,Anjie Lai,Qichang Pan,Fenghua Zheng,Youguo Huang,Hongqiang Wang,Qingyu Li
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:73: 114-125 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.06.019
摘要

The Nickel-rich layered cathode materials have been considered as promising cathode for lithium-ion batteries (LIBs), which due to it can achieve a high capacity of than 200 mAh g−1 under a high cutoff voltage of 4.5 V. However, the nickel-rich layered cathode materials show severely capacity fading at high voltage cycling, induced by the hybrid O anion and cation redox promote Oα− (α< 2) migration in the crystal lattice under high charge voltage, lead to the instability of the oxygen skeleton and oxygen evolution, promote the phase transition and electrolyte decomposition. Here, Li1−xTMO2−y/Li2SO4 hybrid layer is designed by a simple pyrolysis method to enhance the high voltage cycle stability of NCM. In such constructed hybrid layer, the inner spinel structure of Li1−xTMO2−y layer is the electron-rich state, which could form an electron cloud coupling with the NCM with surface oxygen vacancies, while Li2SO4 is p-type semiconductors, thus constructing a heterojunction interface of Li1−xTMO2−y//Li2SO4 and Li1−xTMO2−y//NCM, thereby generating internal self-built electric fields to inhibit the outward migration of bulk oxygen anions. Moreover, the internal self-built electric fields could not only strengthen the bonding force between the Li1−xTMO2−y/Li2SO4 hybrid layer and host NCM material, but also boost the charge transfer. As consequence, the modified NCM materials show excellent electrochemical performance with capacity retention of 97.7% and 90.1% after 200 cycles at 4.3 V and 4.5 V, respectively. This work provides a new idea for the development of high energy density applications of Nickel-rich layered cathode materials.
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