Countering Voltage Decay, Redox Sluggishness, and Calendering Incompatibility by Near‐Zero‐Strain Interphase in Lithium‐Rich, Manganese‐Based Layered Oxide Electrodes

材料科学 阴极 电化学 电解质 电极 相间 氧化物 锂(药物) 化学工程 复合材料 冶金 生物 工程类 内分泌学 物理化学 化学 医学 遗传学
作者
Weitao He,Chunxiao Zhang,Meiyu Wang,Bo Wei,Yuelei Zhu,Jianghua Wu,Chaoping Liang,Libao Chen,Peng Wang,Weifeng Wei
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (29) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adfm.202200322
摘要

Abstract Lithium‐rich, manganese‐based layered oxides are considered one of the most valuable cathode materials for the next generation of high‐energy density lithium‐ion batteries (LIBs) for their high specific capacity and low cost. However, their practical implementation in LIBs is hindered by the rapid voltage/capacity decay on cycling and the long‐standing contradictions between redox kinetics and volumetric energy density due to their poor calendaring compatibility. Herein, a coherent near‐zero‐strain interphase is constructed on the grain boundaries of cathode secondary particles by infusing LiAlO 2 material through the reactive infiltration method (RIM). Theoretical calculations, multi‐scale characterizations, and electrochemical tests show that this coherent interphase with near‐zero‐strain feature upon electrochemical (de)lithiation inhibits volume changes of the lattice and structural degradation of cathode primary particles during cycling. More importantly, the ionically conductive LiAlO 2 nanolayer infiltrated in the grain boundaries of cathode secondary particles can not only promote the rapid Li + migration and act as a barrier to protect the material from the corrosion of the electrolyte but also effectively improve the mechanical strength of the cathode secondary particles. Collectedly, the LiAlO 2 ‐infiltrated cathode materials display superior electrochemical cyclability, enhanced rate capability, and industrial calendaring performance, marking a significant step toward commercial implementation.
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