Revealing the mechanisms of electrolyte additive PTS on Ni-rich electrode: Tolerance to high temperature (50 °C) and high voltage (4.6 V)

材料科学 电解质 电化学 阴极 电极 锂(药物) 氧化物 化学工程 电化学窗口 离子电导率 物理化学 冶金 医学 工程类 内分泌学 化学
作者
Yunjing Cao,Nan Li,Kai Yuan,Na Li,Wujiu Zhang,Shiyu Liang,Zhidong Hou,Da Lei,Ting Jin,Jian‐Gan Wang,Keyu Xie,Chao Shen
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:60: 102851-102851 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102851
摘要

Ni-rich (Ni≥0.8) LiNixCoyMn1−x−yO2 (NCM) cathode materials have attracted great interest for high-energy-density lithium ion batteries (LIBs). However, layered oxides of Ni-rich CAMs are suffering from the notorious structural and interfacial degradation in the liquid electrolyte, especially at high state-of-charge (voltage) and temperature, which leads to electrochemical performance deterioration and thermal runaway of the cell. This work systematically and comprehensively reveals the underlying mechanism of the electrolyte additive phenyl trifluoromethyl sulfide (PTS) to enhance the electrochemical property of Ni-rich layered oxides at high voltage (∼4.6 V) and high-temperature (∼50 °C). Specifically, PTS observably encourages the electrode stability via cathode-electrolyte interface strengthening and reactive oxygen species deactivating mechanism, which facilitates the NCM811 cathode to adapt to the deep charging state as well as the highly oxidized environment. The binding energy calculation results reveal that the superoxide radical could steadily adsorb on the S radical or Li+ sites by interacting with Li+, thus making the superoxide radical deactivated. With the interface strengthening of PTS, the Ah-level NCM811||Gr pouch cell exhibits excellent cycling stability. This work affords a guide to designing electrolytes for Ni-rich LIBs towards high-voltage and high-temperature.
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