Revealing the Grain-Boundary-Cracking Induced Capacity Decay of a High-Voltage LiCoO2 at 4.6 V

材料科学 尖晶石 晶界 电极 电解质 高压 阴极 开裂 极化(电化学) 电压 复合材料 冶金 微观结构 电气工程 工程类 物理化学 化学
作者
Haocong Yi,Yuhao Du,Jianjun Fang,Zijian Li,Hengyu Ren,Wenguang Zhao,Hui Chen,Lin Zhou,Qinghe Zhao,Feng Pan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (36): 42667-42675 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.3c09043
摘要

During a practical battery manufacture process, the LiCoO2 (LCO) electrodes are usually rolled with high pressure to achieve better performance, including reducing electrode polarization, increasing compact density, enhancing mechanical toughness, etc. In this work, a high-voltage LCO (HV-LCO) is achieved via modulating a commercialized LCO with an Al/F enriched and spinel reinforced surface structure. We reveal that the rolling can more or less introduce risk of grain-boundary-cracking (GBC) inside the HV-LCO and accelerate the capacity decay when cycled at 3–4.6 V vs Li/Li+. In particular, the concept of interface structure is proposed to explain the reason for the deteriorated cycle stability. As the GBC is generated, the interface structure of HV-LCO alters from a surface spinel phase to a hybrid of surface spinel plus boundary layer phases, leading to the exposure of some the nonprotective layer phase against the electrolyte. This alternation causes serious bulk structure damage upon cycles, including expanding GBC among the primary crystals, forming intragranular cracks and inactive spinel phases inside the bulk regions, etc., eventually leading to the deteriorated cycle stability. Above all, we realize that it is far from enough to achieve a eligible high-voltage LCO via only applying surface modification. This work provides a new insight for developing more advanced LCO cathodes.
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