Rollen des schnellionenleitenden LiTaO3 zur Modifikation von Ni-reichem Kathodenmaterial für Li-Ionen-Batterien

Die begrenzte Zyklusstabilität beeinträchtigt die kommerzielle Anwendung von Ni-reichen Materialien, die als eines der vielversprechendsten Kathodenmaterialien für Li-Ionen-Batterien gelten. Die Ni-reiche LiNi0.9 Co0.06 Mn0.04 O2-Schichtkathode wurde mit unterschiedlichen Mengen an LiTaO3 modifiziert, und die Einflüsse des schnellionenleitenden Materials auf die Kathodenmaterialien wurden untersucht. Detaillierte Analysen der Materialien zeigten die Bildung einer gleichmäßig epitaxialen LiTaO3-Beschichtungsschicht und eine geringe Ta5+-Dotierung in die Gitterstruktur der Ni-reichen Materialien. Die Dicke der Beschichtungsschicht nahm mit der Menge an LiTaO3 zu, schützte die Elektrode vor Erosion durch den Elektrolyten und unterdrückte unerwünschte parasitäre Reaktionen an der Kathoden-Elektrolyt-Oberfläche. Gleichzeitig erhöhte das dotierte Ta5+ den interplanaren Abstand der Materialien, was den Li+-Transfer beschleunigte. Durch die positiven synergistischen Effekte der LiTaO3-Beschichtung und der Ta5+-Dotierung wurden verbesserte Kapazitätsretentionen der modifizierten Materialien, insbesondere für mit 0,25 und 0,5 Gew.% beschichtete Ni-reiche Materialien, nach langfristigem Zyklusbetrieb erzielt, was das Anwendungspotenzial der LiTaO3-Modifikation zeigt. Darüber hinaus wurde die Beziehung zwischen einer übermäßig dicken Beschichtungsschicht und dem Transfer von Li+/Elektron zwischen der Kathode und dem Elektrolyten etabliert, was beweist, dass sehr dicke Beschichtungsschichten, selbst Schichten, die Li-Ionen enthalten, nachteilige Auswirkungen auf die elektrochemische Leistung haben. Diese Erkenntnis könnte helfen, die Rollen der Beschichtungsschicht besser zu verstehen.