LiFePO4-Coated LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Cathode Materials with Improved High Voltage Electrochemical Performance and Enhanced Safety for Lithium Ion Pouch Cells

材料科学 阴极 电化学 透射电子显微镜 高压 复合材料 分析化学(期刊) 化学工程 电压 纳米技术 电极 电气工程 化学 物理化学 色谱法 工程类
作者
Lei Zhu,Tingfang Yan,Jia Di,Yong Wang,Qiang Wu,Haitao Gu,Yongmin Wu,Weiping Tang
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:166 (3): A5437-A5444 被引量:46
标识
DOI:10.1149/2.0651903jes
摘要

The applicable nickel-rich cathode materials (LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, NCM) under high cutoff voltage for high energy density lithium ion batteries shows a broad prospect, but creates enormous challenges for safety. In this work, the LiFePO4-coated LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM-LFP) composites were prepared on a large scale by the high-speed dispersion and mechanical fusion method, attempting to improve the electrochemical performance and safety of pouch full cells worked under a high cutoff voltage of 4.5 V. Performances have been greatly enhanced, especially for the heat generation during the charge process: the temperature rise of a 5Ah NCM-LFP/MCMB (mesocarbon microbeads) pouch cell was 18.7°C, much lower than that of a NCM/MCMB pouch cell (42.7°C). Also, no thermal runaway was observed of NCM-LFP/MCMB pouch cells at 100% state of charge (SOC) during the extrusion and metallic nail penetration tests. The results of ex-situ impedance measurement, high magnification transmission electron microscope (HR-TEM) and in-situ X-Ray Diffraction (XRD) during heating revealed that the enhanced high voltage safety was contributed to the suppressed structure evolution from layer to spinel to rock salt, as a result of a dense and uniform LFP protective layer on NCM.

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