Degradation of High Nickel Li‐Ion Cathode Materials Induced by Exposure to Fully‐Charged State and Its Mitigation

材料科学 降级(电信) 阴极 电解质 电化学 离子 氧化物 掺杂剂 晶界 冶金 化学工程 光电子学 电极 微观结构 兴奋剂 物理化学 电气工程 有机化学 工程类 化学
作者
H. Hohyun Sun,Travis P. Pollard,Oleg Borodin,Kang Xu,Jan L. Allen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (18) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/aenm.202204360
摘要

Abstract Ni‐rich layered oxides are strong candidates for next–generation high‐energy batteries. Unlike batteries in typical laboratory settings, batteries in practical applications are generally not discharged immediately upon reaching a fully charged state, but instead, remain there for varying periods of time before usage. Such a state places immense electrochemical stress on the cathode as much of the Ni‐rich layered oxide degradation mechanisms occur at the highly charged/delithiated state. Differentiating between lab and practical use cases, it is shown for Li[Ni 0.90 Co 0.05 Mn 0.05 ]O 2 that even the introduction of a short dwell period at the highly charged state leads to substantial differences in cycling performance (capacity retention of 89.4% vs 37.5% at the 100 th cycle with or without dwelling, respectively). To overcome the rapid deterioration at high voltage, antimony is used as a dopant to reduce the lattice instability of the high Ni layer structure, especially at the grain boundaries regions, where degradation concentrates at the cathode‐electrolyte interfaces. The resulting Li[Ni 0.895 Co 0.05 Mn 0.05 Sb 0.05 ]O 2 cathode material not only maintains stability during extended dwelling periods at the charged state, but also accommodates superior fast‐charge capabilities.
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