Improved Cycling Performance of High‐Nickel NMC by Dry Powder Coating with Nanostructured Fumed Al2O3, TiO2, and ZrO2: A Comparison

材料科学 涂层 气相二氧化硅 阴极 图层(电子) 复合材料 锂(药物) X射线光电子能谱 化学工程 医学 工程类 内分泌学 物理化学 化学
作者
Marcel J. Herzog,Daniel Esken,Jürgen Janek
出处
期刊:Batteries & supercaps [Wiley]
卷期号:4 (6): 1003-1017 被引量:39
标识
DOI:10.1002/batt.202100016
摘要

Abstract Surface coating is an effective concept to protect layered cathode active materials (CAMs) in lithium ion batteries from detrimental side reactions. Dry powder coating is a fast and cost‐effective coating process, and here we transfer this coating approach from Al 2 O 3 to nanostructured fumed TiO 2 and ZrO 2 coatings on the same NMC (Li[Ni,Mn,Co]O 2 ) material. Using similar processing, this allows a direct comparison of the characteristics of the achieved coating layers and their influence on the cycling performance of high‐nickel NMC. The nanostructured small oxide aggregates result in a quite homogeneous coating layer with a certain porosity around each CAM particle. Significantly enhanced long‐term cycling stability is observed, with a trend of increasing stability in the series ZrO 2 <TiO 2 <Al 2 O 3 . Fumed Al 2 O 3 and TiO 2 coating layers prevent cathode particle cracking and disintegration successfully, while fumed ZrO 2 only shows a moderate protection effect. Each coating material enhances the rate performance compared to uncoated NMC in the row TiO 2 <ZrO 2 <Al 2 O 3 . XPS measurements of cycled electrodes indicate a partial incorporation of lithium ions in the crystalline TiO 2 and ZrO 2 coating layers, contributing to the enhanced lithium‐ion transport across the CAM surface layer, as observed before for fumed γ ‐Al 2 O 3 coatings. Summarizing the results, the best overall cycling performance was achieved by coating high‐nickel NMC with fumed Al 2 O 3 , providing the highest rate capability and the best long‐term cycling stability.
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