High‐Voltage Performance of Ni‐Rich NCA Cathodes: Linking Operating Voltage with Cathode Degradation

阴极 电压 降级(电信) 淡出 材料科学 化学 电气工程 物理 工程类 声学
作者
Lamuel David,Debasish Mohanty,Linxiao Geng,Rose E. Ruther,Athena S. Sefat,Ercan Cakmak,Gabriel M. Veith,Harry M. Meyer,Hsin Wang,David L. Wood
出处
期刊:ChemElectroChem [Wiley]
卷期号:6 (22): 5571-5580 被引量:16
标识
DOI:10.1002/celc.201901338
摘要

Abstract High‐voltage Ni‐rich cathodes have been studied as a possible way to achieve high energy density in Li‐ion batteries. However, capacity fade due to structural changes at high voltages has limited their applications. This study identifies 4.5 V (vs. graphite) as the optimum upper cutoff voltage (UCV) for a Ni‐rich NCA cathode [LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ]. At this UCV, NCA delivers a 12 % increase in reversible capacity (when discharged to 2.5 V) and retains 92 % of its initial capacity after 100 cycles at 1C/‐1C cycling when compared to 4.2 V as UCV. By increasing UCV to 4.7 V, the discharge capacity can be raised to >200 mAh/g. However, the rate of capacity fade is greater when compared to 4.5 V as UCV. This increased rate of capacity fade, at higher UCV, is related to irreversible lattice contractions that leads to structural rearrangement at charged states during high‐voltage cycling. Our results show a change in transition metal oxidation states and an onset of structural ordering occurs when the UCV is 4.7 V.

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