量化离子电池中单晶丰富阴极的降解参数
Wengao Zhao1,2, Kuan Wang3, Xinming Fan4
1Institute of Nanotechnology, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, 76344, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|June 6, 2023
概括
单晶--氧化物 (SC-NCM) 阴极的降解是由岩盐NiO层的形成引起的,而不是裂. 这一层线性影响容量损失,增加阻抗,阻碍电池性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 电池技术 电池技术
背景情况:
- 单晶LiNixCoyMnzO2 (SC-NCM) 阴极为长期电池循环提供高结构稳定性.
- 了解SC-NCM降解机制对于改善电池寿命至关重要,但研究仍然有限.
研究的目的:
- 研究半单晶LiNi0.65Co0.15Mn0.20O2 (SC-NCM65) 阴极的循环性能与材料降解之间的关系.
- 确定影响SC-NCM65在不同电荷切断潜力的性能的主要降解途径.
主要方法:
- 在不同电荷切断电位 (4.6V和4.7V与Li+/Li) 的Li/SC-NCM65电池的电化学循环.
- 材料表征以识别降解产品及其分布.
- 密度函数理论 (DFT) 和COMSOL多物理模型分析电荷转移动力学.
主要成果:
- 在400个低于4.6V的周期后,SC-NCM65阴极保持了77%以上的容量,但在4.7V的切断时,容量降至56%.
- 降解主要是由于石盐NiO物种在颗粒表面的积累引起的,而不是颗粒内裂纹.
- 氧化物层的形成增加阻抗,促进过渡金属溶解,并与容量损失呈现线性相关性.
- 在NiO阶段较低的扩散率阻碍了电荷传输,显著影响了整体性能.
结论:
- 表面岩盐NiO层的形成是SC-NCM65阴极中占主导地位的降解机制,直接与容量衰减有关.
- 电荷转移动力学,特别是NiO相的低扩散性,对于SC-NCM阴极性能至关重要.
- 优化切断潜力和减轻NiO层的形成是提高SC-NCM电池循环寿命的关键策略.
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