In-depth study on diffusion of oxygen vacancies in Li(NixCoyMnz)O2 cathode materials under thermal induction

材料科学 氧气 阴极 热稳定性 空位缺陷 扩散 热的 晶间腐蚀 化学工程 化学物理 分析化学(期刊) 复合材料 结晶学 微观结构 热力学 物理化学 化学 有机化学 物理 工程类
作者
Zesen Wei,Liang Chen,Lihua Jiang,Linjun Wang,Siyuan Cheng,Qingkui Peng,Lei Feng,Wenhua Zhang,Jinhua Sun,Qingsong Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:47: 51-60 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.01.054
摘要

It is generally believed that an increase in Ni content will severely reduce the lattice structure stability of the cathode material, causing it to release more oxygen during thermal induction. However, the thermal degradation mechanism at the microscopic level remains unclear, which hinders the safety design of cathodes. In this work, we focus on the secondary particles of different Li(NixCoyMnz)O2 cathodes, report the formation and condensation of oxygen vacancies on the surface in detail, and quantitatively analyze the oxygen vacancy concentration distribution inside the particles after thermal failure. The results reveal that the increase of Ni content promotes the oxygen vacancies to diffuse deeply from the surface of the secondary particles to the bulk under thermal induction, resulting in an increase of oxygen vacancy concentration in the bulk of the secondary particles and the release of more oxygen. When the Ni content x in Li(NixCoyMnz)O2 increases to 0.8, both the surface layer and bulk exhibit high oxygen vacancy concentrations, leading to an overall failure of the secondary particles. Furthermore, we suggest that the formation and evolution of intergranular cracks inside the secondary particles depend on the oxygen vacancy concentration gradient. Our work provides a new idea for future research on the thermal stability of cathode and the thermal safety design of Ni-rich cathode materials.
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