Understanding the Degradation Mechanisms of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Cathode Material in Lithium Ion Batteries

材料科学 尖晶石 锂(药物) 阴极 相(物质) 离子 化学工程 降级(电信) 分析化学(期刊) 冶金 物理化学 电气工程 内分泌学 工程类 色谱法 化学 医学 有机化学
作者
Sung‐Kyun Jung,Hyeokjo Gwon,Jihyun Hong,Kyu‐Young Park,Dong‐Hwa Seo,Haegyeom Kim,Jangsuk Hyun,Woo‐Young Yang,Kisuk Kang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:4 (1) 被引量:993
标识
DOI:10.1002/aenm.201300787
摘要

LiNi x Co y Mn z O 2 (NCM, 0 ≤ x , y , z < 1) has become one of the most important cathode materials for next‐generation lithium (Li) ion batteries due to its high capacity and cost effectiveness compared with LiCoO 2 . However, the high‐voltage operation of NCM (>4.3 V) required for high capacity is inevitably accompanied by a more rapid capacity fade over numerous cycles. Here, the degradation mechanisms of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 are investigated during cycling under various cutoff voltage conditions. The surface lattice structures of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 are observed to suffer from an irreversible transformation; the type of transformation depends on the cutoff voltage conditions. The surface of the pristine rhombohedral phase tends to transform into a mixture of spinel and rock salt phases. Moreover, the formation of the rock salt phase is more dominant under a higher voltage operation (≈4.8 V), which is attributable to the highly oxidative environment that triggers the oxygen loss from the surface of the material. The presence of the ionically insulating rock salt phase may result in sluggish kinetics, thus deteriorating the capacity retention. This implies that the prevention of surface structural degradation can provide the means to produce and retain high capacity, as well as stabilize the cycle life of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 during high‐voltage operations.
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