Nickel, Manganese, and Cobalt Dissolution from Ni-Rich NMC and Their Effects on NMC622-Graphite Cells

溶解 电解质 过渡金属 阴极 材料科学 无机化学 阳极 石墨 冶金 化学 电极 催化作用 物理化学 生物化学
作者
Roland Jung,Fabian Linsenmann,Rowena Thomas,Johannes Wandt,Sophie Solchenbach,Filippo Maglia,Christoph Stinner,Moniek Tromp,Hubert A. Gasteiger
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:166 (2): A378-A389 被引量:304
标识
DOI:10.1149/2.1151902jes
摘要

Transition metal dissolution from the cathode active material and its deposition on the anode causes significant cell aging, studied most intensively for manganese. Owing to their higher specific energy, the current focus is shifting towards nickel-rich layered LiNixMnyCozO2 (NMC, x + y + z = 1) with x > 0.5, so that the effect of Ni dissolution on cell degradation needs to be understood. This study investigates the dissolution of transition metals from a NMC622 cathode and their subsequent deposition on a graphite anode using operando X-ray absorption spectroscopy. We show that in NMC622-graphite cells transition metals dissolve nearly stoichiometrically at potentials >4.6 V, highlighting the significance of investigating Ni dissolution/deposition. Using NMC622-graphite full-cells with electrolyte containing the bis(trifluoromethane)sulfonimide (TFSI) salts of either Ni, Mn, or Co, we compare the detrimental impact of these metals on cell performance. Using in-situ and ex-situ XRD, we show that the aging mechanism induced by all three metals is the loss of cycleable lithium in the solid electrolyte interface (SEI) of the graphite. This loss is larger in magnitude when Mn is present in the electrolyte compared to Ni and Co, which we ascribe to a higher activity of deposited Mn towards SEI decomposition in comparison to Ni and Co.
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