A New Coating Method for Alleviating Surface Degradation of LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Cathode Material: Nanoscale Surface Treatment of Primary Particles

材料科学 阴极 纳米尺度 电化学 化学工程 相(物质) 涂层 降级(电信) 热稳定性 纳米技术 矿物学 冶金 电极 化学 电信 有机化学 物理化学 计算机科学 工程类
作者
Hye Jung Kim,Min Gyu Kim,Hu Young Jeong,Haisol Nam,Jaephil Cho
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 2111-2119 被引量:477
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5b00045
摘要

Structural degradation of Ni-rich cathode materials (LiNixM1–xO2; M = Mn, Co, and Al; x > 0.5) during cycling at both high voltage (>4.3 V) and high temperature (>50 °C) led to the continuous generation of microcracks in a secondary particle that consisted of aggregated micrometer-sized primary particles. These microcracks caused deterioration of the electrochemical properties by disconnecting the electrical pathway between the primary particles and creating thermal instability owing to oxygen evolution during phase transformation. Here, we report a new concept to overcome those problems of the Ni-rich cathode material via nanoscale surface treatment of the primary particles. The resultant primary particles’ surfaces had a higher cobalt content and a cation-mixing phase (Fm3̅m) with nanoscale thickness in the LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 cathode, leading to mitigation of the microcracks by suppressing the structural change from a layered to rock-salt phase. Furthermore, the higher oxidation state of Mn4+ at the surface minimized the oxygen evolution at high temperatures. This approach resulted in improved structural and thermal stability in the severe cycling-test environment at 60 °C between 3.0 and 4.45 V and at elevated temperatures, showing a rate capability that was comparable to that of the pristine sample.
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