Microstructure-optimized concentration-gradient NCM cathode for long-life Li-ion batteries

煅烧 结晶度 材料科学 阴极 电解质 化学工程 电化学 微观结构 阳极 复合材料 电极 化学 生物化学 工程类 物理化学 催化作用
作者
Geon‐Tae Park,Hoon‐Hee Ryu,Tae‐Chong Noh,Gyeong-Cheol Kang,Yang‐Kook Sun
出处
期刊:Materials Today [Elsevier]
卷期号:52: 9-18 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2021.11.018
摘要

Herein, a comprehensive investigation of the effect of calcination temperature on the physicochemical properties of full-concentration-gradient Li[Ni0.78Co0.10Mn0.12]O2 (FCG NCM78) and the electrochemical performance of FCG NCM78 cathodes was conducted. The electrochemical performance of the FCG NCM78 cathode was significantly influenced by the physical properties of FCG NCM78, such as crystallinity, compositional gradient, and morphology. The crystallinity of FCG NCM78 increased with increasing calcination temperature; however, the compositional gradient and radial alignment of rod-shaped primary particles increasingly disappeared at calcination temperatures exceeding the optimal calcination temperature. FCG NCM78 calcined at the optimal calcination temperature retained the morphological texture of its precursor and demonstrated high crystallinity; the resulting cathode exhibited remarkable cycling stability, thereby retaining 86.3% of its initial capacity after 4000 cycles, and superior rate capability due to the availability of nearly straight diffusion paths for Li-ion transport across adjacent primary particles. In contrast, excessively coarsened FCG NCM78 cathode particles, which are obtained at high calcination temperatures, develop permanent microcracks during cycling, thereby facilitating severe structural damage of the cathode material by parasitic surface reactions and the rapid deterioration of the solid electrolyte interphase layer on the graphite anode surface due to the crossover of dissolved transition-metal ions. Therefore, for superior electrochemical performance, the physicochemical properties of FCG cathode materials should be carefully optimized by controlling the calcination process.
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