Residual alkali-evoked cross-linked polymer layer for anti-air-sensitivity LiNi0.89Co0.06Mn0.05O2 cathode

阴极 材料科学 电解质 聚丙烯酸 图层(电子) 聚合物 化学工程 表面改性 碱金属 锂(药物) 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 电极 医学 物理化学 内分泌学 工程类
作者
Chao Zhao,Xuebao Li,Yun Zhao,Jingjing He,Yuanpeng Cao,Wei Luo,Ding Wang,Jianguo Duan,Xianshu Wang,Baohua Li
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:92: 450-458 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.01.014
摘要

High-energy density lithium-ion batteries (LIBs) with layered high-nickel oxide cathodes (LiNixCoyMn1−x−−yO2, x ≥ 0.8) show great promise in consumer electronics and vehicular applications. However, LiNixCoyMn1−x−yO2 faces challenges related to capacity decay caused by residual alkalis owing to high sensitivity to air. To address this issue, we propose a hazardous substances upcycling method that fundamentally mitigates alkali content and concurrently induces the emergence of an anti-air-sensitive layer on the cathode surface. Through the neutralization of polyacrylic acid (PAA) with residual alkalis and then coupling it with 3-aminopropyl triethoxysilane (KH550), a stable and ion-conductive cross-linked polymer layer is in situ integrated into the LiNi0.89Co0.06Mn0.05O2 (NCM) cathode. Our characterization and measurements demonstrate its effectiveness. The NCM material exhibits impressive cycling performance, retaining 88.4% of its capacity after 200 cycles at 5 C and achieving an extraordinary specific capacity of 170.0 mA h g−1 at 10 C. Importantly, this layer on the NCM efficiently suppresses unfavorable phase transitions, severe electrolyte degradation, and CO2 gas evolution, while maintaining commendable resistance to air exposure. This surface modification strategy shows widespread potential for creating air-stable LiNixCoyMn1−x−yO2 cathodes, thereby advancing high-performance LIBs.
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