Insights into the Crossover Effects in Cells with High‐Nickel Layered Oxide Cathodes and Silicon/Graphite Composite Anodes

材料科学 阳极 电解质 溶解 电化学 化学工程 阴极 氧化物 石墨 锂(药物) 分解 无机化学 冶金 电极 化学 物理化学 工程类 内分泌学 有机化学 医学
作者
Xianhui Zhang,Zehao Cui,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (14) 被引量:53
标识
DOI:10.1002/aenm.202103611
摘要

Abstract Silicon anodes are regarded as one of the most promising alternatives to graphite (Gr) anodes due to their ultrahigh capacity, abundance, and low cost. Coupling Si‐based anodes with high‐nickel layered oxide cathodes LiNi x Mn y Co 1− x − y O 2 (NMC, x ≥ 0.8) can enhance the driving range for electric vehicles. Transition‐metal (TM) ion dissolution and deposition has been a long‐known failure mode for Gr‐based lithium‐ion batteries. However, the mechanistic insight associated with TM ion deposition on Si‐based anodes has rarely been reported. Herein, the impact of in situ deposited TM ions on SiO x /Gr composite anodes and the individual influences of Ni, Mn, and Co on the structural and electrochemical stability along with the underlying degradation mechanisms are presented. TM ion dissolution causes a greater deleterious impact on Si than on Gr, with different TM ions exhibiting different influences on anode‐electrolyte interphase formation. Specifically, Ni deposit induces more aggressive salt decomposition; Co deposit has negligible effect on salt decomposition, but significantly accelerates solvent decomposition; and Mn deposit aggravates both salt and solvent decompositions, resulting in worse full cell performance. The extent of degradation decreases in the order Mn 2+ > Ni 2+ > Co 2+ . The systematic comparisons presented can guide further development of high energy systems.
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