Coupled LiPF6 Decomposition and Carbonate Dehydrogenation Enhanced by Highly Covalent Metal Oxides in High-Energy Li-Ion Batteries

脱氢 碳酸乙烯酯 电解质 无机化学 化学 锂(药物) 氧化物 分解 电极 催化作用 物理化学 有机化学 医学 内分泌学
作者
Yang Yu,Pınar Karayaylalı,Yu Katayama,Livia Giordano,Magali Gauthier,Filippo Maglia,Roland Jung,Isaac Lund,Yang Shao‐Horn
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:122 (48): 27368-27382 被引量:175
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.8b07848
摘要

The (electro)chemical reactions between positive electrodes and electrolytes are not well understood. In this work, we examined the oxidation of a LiPF<sub>6</sub>-based electrolyte with ethylene carbonate (EC) with layered lithium nickel, manganese, and cobalt oxides (NMC). Density functional theory calculations showed that the driving force for EC dehydrogenation on oxides, yielding surface protic species, increased with greater Ni content in NMC. Ex situ infrared and Raman spectroscopy revealed experimental evidence for EC dehydrogenation on charged NMC surfaces. Protic species on charged NMC surfaces from EC dehydrogenation could further react with LiPF<sub>6</sub> to generate less-coordinated F species such as PF<sub>3</sub>O-like and lithium nickel oxyfluoride species on charged NMC particles and HF and PF<sub>2</sub>O<sub>2</sub><sup>–</sup> in the electrolyte. Larger degree of salt decomposition was coupled with increasing EC dehydrogenation on charged NMC with increasing Ni or lithium deintercalation. Lastly, an oxide-mediated chemical oxidation of electrolytes was proposed, providing new insights in stabilizing high-energy positive electrodes and improving Li-ion battery cycle life.
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