High-voltage electrolyte design for a Ni-rich layered oxide cathode for lithium-ion batteries

电解质 阴极 材料科学 锂(药物) 化学工程 阳极 氧化物 无机化学 化学 电极 冶金 医学 物理化学 工程类 内分泌学
作者
Jun Hu,Fangyuan Cheng,Chun Fang,Jiantao Han
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Nature]
卷期号:66 (8): 3046-3053 被引量:12
标识
DOI:10.1007/s40843-023-2449-8
摘要

LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) is one of the most promising cathode materials in high-energy-density Li-ion batteries (LIBs) because of its high capacity and low cost. However, it still suffers from irreversible capacity fading at high cut-off voltages. This is mainly because high voltage accelerates the hydrolysis reaction of lithium hexafluorophosphate with trace water to generate byproducts such as highly corrosive hydrogen fluoride (HF) resulting in an unstable cathode–electrolyte interface and continuous irreversible phase transitions. Here, we modify a conventional electrolyte by adding the dual additives of tetrabutyl titanate (TBT) and lithium difluoroxalate borate (LiDFOB) to form a stable Ti-, B-, and F-rich interfacial layer to eliminate the unfavorable cathode-electrolyte side reactions and suppress deleterious phase transitions. Additionally, TBT can stabilize the electrolyte by removing H2O/HF. With the synergistic effect of the dual additives, the cycling stability of NCM811 at high voltages is enhanced considerably. The Li∣NCM811 cell with dual additives exhibits a high capacity retention rate of 86% after 200 cycles at 1 C and a high cut-off voltage of 4.5 V. This strategy provides a reference for designing high-voltage electrolytes for LIBs.
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