在>4.5V循环期间消除固态电池阴极的化学机械降解,使用无形Nb₂O₅涂层

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:

• 固态电池 (SSB) 承诺提高安全性和能量密度.
• 在SSB中高压 (>4.3V) 操作受到正极材料不稳定性和接口问题的限制.
• 稳定阴极/固体电解质接口对于先进的SSB性能至关重要.

研究的目的:

• 在SSB中高压循环过程中制定稳定阴极材料的策略.
• 为了研究无形氧化 (Nb2O5) 涂层在单晶阴极上的有效性.
• 评估Nb2O5涂层对界面稳定性和电化学性能的影响.

主要方法:

• 使用旋床原子层沉积 (ALD) 在LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2阴极颗粒上涂上薄 (~5nm) 的Nb2O5涂层.
• 使用Nb2O5涂层阴极和Li4Ti5O12阳极制造和测试的全电池.
• 执行了电化学循环,速率能力测试和循环后分析 (电子显微镜).

主要成果:

• 与未涂层阴极 (82.2%) 相比,Nb2O5涂层阴极的初始库伦比效率 (91.6%) 显著更高.
• 观察到更好的速率能力,在涂层样品的2C速率下,可访问能力提高了10倍.
• 实现了显著的容量保留 (在4.7V的500个循环后99.4%) 和减少细胞极化.
• 循环后分析证实,完整的Nb2O5涂层可以防止有害的相位形成和粒子内部裂纹.

结论:

• 无形Nb2O5涂层在SSB中高压运行时有效稳定单晶LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2阴极.
• 涂层减轻了接口阻抗,并防止了正极材料的结构降解.
• 这种基于ALD的涂层策略为开发稳定,高性能固态电池提供了有希望的途径.