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Influence of Single-Crystalline Morphology on the Electrochemical Behavior of High-Nickel Layered Oxide Cathodes

微晶 材料科学 电化学 阴极 化学工程 晶界 单晶 电解质 氧化物 纳米技术 结晶学 冶金 电极 微观结构 化学 物理化学 工程类
作者
Alex Mesnier,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:170 (8): 080509-080509 被引量:5
标识
DOI:10.1149/1945-7111/aceca6
摘要

High-Nickel layered oxides are being pursued for their high specific capacities. With increasing nickel content, the layered oxides also suffer from structural and morphological instabilities, which degrade the electrochemical performance. Single-crystalline morphology presents an attractive solution to these problems, simultaneously reducing surface area available for parasitic reactions and preventing electrolyte penetration into the bulk with the removal of grain boundaries. Single-crystal cathodes have already shown promising results with NMC composition cathodes, but there are still gaps in the fundamental understanding of how single-crystalline morphology alters electrochemical behavior. We attempt to fill some of these gaps by studying in detail the electrochemical operation of polycrystalline and single-crystalline LiNiO 2 (LNO). Single-crystal LNO is prepared through a molten salt method yielding high-quality, distinct crystals with comparable lattice chemistry to polycrystalline LNO. The single-crystal LNO achieves far greater stability during long-term cycling, reaching 500 cycles with 82.5% capacity retention. Interestingly, the single-crystalline LNO also displays superior rate performance, delivering 157 mA h g −1 at 10C discharge rate. Investigation of the phase evolution behavior during cycling strongly suggests that the absence of grain boundaries in single-crystalline LNO is responsible for the superior performance.
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