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Scalable thick Ni-rich layered oxide cathode design for high energy/power balanced lithium-ion battery

阴极 可扩展性 材料科学 锂(药物) 电池(电) 氧化物 锂离子电池 功率(物理) 离子 高能 光电子学 电气工程 计算机科学 工程物理 化学 工程类 冶金 物理 内分泌学 有机化学 数据库 医学 量子力学
作者
Danmin Cai,Meiting Gao,Sifei Luo,Xueyin Wu,Yuhan Yang,Yong Xie,Li-Cai Zhu,Xiaolong Deng,Yajuan Ji,Zhongzhi Yuan
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:602: 234276-234276 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234276
摘要

We have applied a scalable multilayer coating method to design three porous cathodes (90 μm thickness, areal loading ca. 25 mg cm−2, areal capacity ca. 5.3 mAh cm−2) based on LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 active materials in the form of small single-crystal (SSC) particles, large polycrystalline (LPC) secondary particles, and small polycrystalline (SPC) secondary particles. The V-type electrode facilitates Li+ transport, has a high characteristic thickness (46–57 μm), long cycle life with an active material utilization of 49.67% and a capacity retention of 88.24% after 100 cycles. The A-type electrode exhibits restricted Li+ transport, lower characteristic thickness (23–30 μm), fast cyclic capacity decay with an active material utilization of 26.31% and a capacity retention of 68.76% after 100 cycles. The small particles on the upper layer of the A-type electrode exhibit high-rate characteristics, exceeding 82.5% of the discharge capacity of a single-layer electrode with a uniform mixture of LPC and SSC at a 4C discharge rate. The combination of SSC and LPC particles facilitates high specific energy and cycling stability with optimum stability when stored at 60 °C under 100% state of charge (SOC). The design strategy that is proposed offers a commercial route to boosting battery energy density from 220 Wh kg−1 to above 300 Wh kg−1.
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