One-Step Integrated Surface Modification To Build a Stable Interface on High-Voltage Cathode for Lithium-Ion Batteries

材料科学 阴极 电化学 尖晶石 溶解 化学工程 降级(电信) 离子 锂(药物) 电极 物理化学 冶金 电子工程 化学 内分泌学 工程类 物理 医学 量子力学
作者
Rui Zhao,Li Li,Tinghua Xu,Dandan Wang,Pan Du,Guanjie He,Huiling Zhao,Ying Bai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (17): 16233-16242 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsami.9b02996
摘要

As one of the most promising cathode materials for next-generation energy storage applications, spinel LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) has been highlighted due to many advantages. However, it is still hindered by poor electrochemical stability derived from the bulk/interface structure degradation and side reactions under high working voltage. In this work, fast ion conductor Li3V2(PO4)3 (LVPO) is adopted to modify the surface of spinel LNMO by a one-step facile method to harvest the maximum benefit of interface properties. It is found that 1 wt % LVPO-LNMO exhibits the most excellent cycling performances, retaining great capacity retention of 87.8% after 500 cycles at room temperature and 82.4% for 150 cycles at 55 °C. Moreover, the rate performance is also significantly improved (90.4 mAh g-1 under 20C). It is revealed that the LVPO-involved layer could effectively suppress the surface side reactions under high working voltage, which mainly contributes to an improved interface with desirable structural stability and excellent kinetics behavior without sacrificing the surface electrochemical activity in an electrochemical environment. Thus, the dissolution of transition-metal ions is effectively mitigated, avoiding further structure degradation of the bulk material. Especially, it is also established that the vanadium (V) ions in LVPO could be to a certain extent migrated into the surface lattice of LNMO to generate a V-involved transition layer (Li-Ni-Mn-V-O surface solid solution), which greatly co-contributes to the enhanced electrochemical performances owing to the prominently depressed charge-transfer resistance.
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