Enhanced Cycling of Ni-Rich Positive Electrodes by Fluorine Modification

X射线光电子能谱 碳酸盐 氧化物 电极 材料科学 无机化学 离解(化学) 碳酸二乙酯 碳酸乙烯酯 化学 化学工程 电解质 物理化学 有机化学 工程类
作者
Yang Yu,Yirui Zhang,Livia Giordano,Yun Zhu,Filippo Maglia,Roland Jung,Forrest S. Gittleson,Yang Shao‐Horn
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:168 (6): 060538-060538 被引量:9
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ac0b27
摘要

Ni-rich positive electrodes for Li-ion batteries can provide enhanced initial discharge capacity yet suffer from significant capacity degradation upon cycling. Fluorination of Ni-rich NMC811 positive electrodes results in a capacity retention of more than 90% after 100 cycles upon cycling to 4.4 VLi. The increased cycling stability of F-modified NMC811 can be attributed to the modification of the oxide electronic structures, where density functional theory calculations shows that incorporating fluorine into the oxide lattice decrease the driving force of carbonate dissociation on the oxide surface. In situ infrared (IR) spectroscopy and ex situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) further supports this argument by showing less carbonate oxidation for F-modified LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811) than as-received NMC811 upon charging. The reduced carbonate oxidation is coupled with minimal salt decomposition on the electrode surface, as revealed by XPS. Further comparing in situ IR and XPS with that of the heat-treated NMC811 and Li2CO3 allows for decoupling the solvent decomposition products, where oxides are responsible for the vinylene carbonate formation with two hydrogens removed whereas surface metal carbonates promote dehydrogenated ethylene carbonate with just one hydrogen removed. This work points towards the importance of the anion engineering to increase the cycling stability of Ni-rich NMC positive electrodes.
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