Unveiling thermal decomposition kinetics of Single-Crystalline Ni-Rich LiNi0.88Co0.07Mn0.05O2 cathode for safe Lithium-Ion batteries

离子 材料科学 阴极 锂(药物) 动力学 化学工程 热分解 热的 分解 化学 无机化学 物理化学 热力学 有机化学 物理 工程类 医学 内分泌学 量子力学
作者
Huichun Zhao,Ying Bai,Huifen Jin,Jiang Zhou,Xinran Wang,Chuan Wu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:435: 134927-134927 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.134927
摘要

• Thermal decomposition of NCM families is followed by Avrami-Erofeev mechanism. • Phase transition contributes to determinative exothermic reaction for instability. • Single-crystalline NCM shows less thermal stability than poly-crystalline one. Insufficient thermal stabilities of LiNi x Co y Mn 1-x-y O 2 (NCM) families have aroused wide concerns and safety threats against large-scale application due to oxygen releasing and exothermic side reactions. Towards energy-dense batteries, single-crystalline NCM has been recently highlighted as a promising substitution in providing improved capacity retention beyond polycrystalline counterparts. However, their thermal-driven degradation mechanism remains under investigation and yet critically essential. In this contribution, we have rationally explored the thermal-driven fading behavior of delithiated single-crystalline and polycrystalline LiNi 0.88 Co 0.07 Mn 0.05 O 2 . Followed by the Avrami-Erofeev mechanism, a three-step decomposition procedure has been deconvoluted from time-resolved X-ray diffraction and physicochemical analysis, in terms of solid electrolyte interface (SEI) decomposition, layered-to-spinel transition and spinel-to-rock-salt transition. According to thermal kinetic analysis, polycrystalline LiNi 0.88 Co 0.07 Mn 0.05 O 2 exhibits higher decomposition temperature and lower decomposition rate than that in single-crystalline counterparts, contributing to better thermal stability. This study has provided a fundamental understanding of the thermal decomposition of Ni-rich LiNi 0.88 Co 0.07 Mn 0.05 O 2 cathodes and insights of NCM families protection.
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