Restraining Lattice Oxygen Escape by Bioinspired Antioxidant Enables Thermal Runaway Prevention in Ni−Rich Cathode Based Lithium−Ion Batteries

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作者
Yuanke Wu,Ziqi Zeng,Mengchuang Liu,Chuyue Cai,Sheng Lei,Han Zhang,Shijie Cheng,Jia Xie
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (31) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/aenm.202401037
摘要

Abstract Ni−rich cathodes are hopeful materials for advanced lithium−ion batteries (LIBs) due to high capacity. Nonetheless, the chemical crosstalk triggered by reactive oxygen (O * ) represents a critical factor in thermal runaway (TR). Currently, there are few effective means to prevent this parasitic reaction. Here, inspired by the O * scavenging effect of β−carotene in living organisms, it is innovatively identified that β−carotene can impede TR by restraining the escape of O * during the thermal decomposition of nickel−rich cathodes. Using LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 as model and extending to higher nickel content cathodes (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , LiNi 0.9 Co 0.05 Mn 0.05 O 2 ), it is demonstrated that β−carotene can undergo an in situ oxygen copolymerization reaction to trapping O * , thereby attenuating chemical crosstalk. Additionally, the generated oxygen copolymer can also adjust band center of the O 2p orbitals of delithiated cathode, alleviating the charge compensation behavior of oxygen anions, and thus delaying the phase transition of charged LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 . As a result, the TR trigger temperature of NCM811∣Graphite pouch cell is increased from 131.0 to 195.0 °C and maximum temperature is reduced from 657.8 to 412.4 °C. This work introduces a new and simple strategy for designing functional additives to block TR, offering a promising avenue for advancing the safety of LIBs.
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