Engineering Stable Decomposition Products on Cathode Surfaces to Enable High Voltage All‐Solid‐State Batteries

阴极 分解 固态 材料科学 纳米技术 电压 固态化学 化学工程 化学 工程物理 电气工程 工程类 有机化学 物理化学
作者
Lanting Qian,Yangyang Huang,Cameron Dean,Ivan R. Kochetkov,Baltej Singh,Linda F. Nazar
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (2) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/ange.202413591
摘要

Abstract Sulfide solid electrolytes such as Li 6 PS 5 Cl hold high promise for solid‐state batteries due to their high ionic conductivity; however, their oxidation potential of ~2.5 V is not compatible with high voltage Ni‐rich cathodes such as LiNi x Co y Mn 1−x−y O 2 (x≥0.8). Using guidance from density functional theory, we devise an effective, conformal, and thin coating on the cathode active material, which suppresses the oxidative decomposition of Li 6 PS 5 Cl as shown by experiment. The nanometric coating on nickel‐rich NMC85 enabled capacity retention of 82 % after 200 cycles (2.8–4.3 V vs Li + /Li) using Li 6 PS 5 Cl as the solid electrolyte. In comparison, cells with an uncoated CAM only displayed 56 % capacity retention. The coated‐NCM85 cells also demonstrate much better rate performance and higher capacity. The enhanced performance is due to the formation of a stable amorphous cathode‐electrolyte interphase accruing from the decomposition products of the LiPO 2 F 2 precursor (as predicted by DFT), which protect the sulfide electrolyte from oxidation. The coating fabricated in this cost‐effective process showed superior performance to state‐of‐the‐art coatings such as LiNbO 3 . This work highlights the importance of rationally designing stable coating materials based on their potential decomposition products and confirms the suitability of a low‐cost and conformal coating to enable sulfide electrolyte‐based all‐solid‐state batteries.
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