Antioxidant layer enables chemically stable cathode-electrolyte interface towards durable and safe Li-ion batteries

电解质 材料科学 阴极 单线态氧 激进的 电化学 氧化物 化学工程 氧气 表面改性 无机化学 电极 有机化学 化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Miao Chang,Fangyuan Cheng,Wen Zhang,Jia Xu,Yi Zhang,Meng Tao,Shixiong Sun,Yue Xu,Qing Li,Chun Fang,Jiantao Han,Yunhui Huang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:61: 102872-102872 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102872
摘要

Although nickel-rich layered lithium transition metal oxides are one of the most promising candidates for high energy-density Li-ion batteries in electric vehicle applications, they yet suffer from irreversible capacity fading and poor safety properties due to the unstable cathode-electrolyte interphase (CEI), especially at high voltage and high temperature. This instability is mainly caused by the attack of free radicals generated from electrolyte decomposition and active oxygen species (especially singlet oxygen) released from the surface lattice. Here, we propose a novel modification method to construct a protective antioxidant layer on the surface of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM). By scavenging free radicals and singlet oxygen, the antioxidant layer greatly reduces the interfacial side reactions and significantly suppresses irreversible rock-salt phase transitions and the associated oxygen species release, leading to the stabilization of the interface. As a result, superior electrochemical performance and enhanced thermal stabilities are achieved. Specifically, the modified NCM exhibits a capacity retention of 92.0% over 1000 cycles in full cells and a dramatic increase of onset temperature (T1) from 75.2 °C to 114.2 °C. This antioxidant layer modification by scavenging free radicals and singlet oxygen provides a new strategy for addressing challenges of CEI design, which is theoretically applicable to all layered transition metal oxide cathode materials.
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