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
Manoj K Jangid1,2, Tae H Cho1, Tao Ma3
1Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA.
Nature communications
|November 26, 2024
概括
薄薄的氧化涂层稳定了高压固态电池,通过防止阴极材料降解来提高效率和循环寿命.
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.
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