Selbstpassivierung einer LiNiO2-Kathode für eine Lithium-Ionen-Batterie durch Zr-Dotierung

Eine selbstpassivierende Li2ZrO3-Schicht mit einer Dicke von 5–10 nm, die die Oberflächen der LiNiO2-Kathodenpartikel gleichmäßig umschließt, bildet sich spontan durch die Einführung von überschüssigem Zr (1,4 Atom %). Eine dünne Schicht aus Li2ZrO3 an der Oberfläche wird während nachfolgender Zyklen in eine stabile, impedanzsenkende feste Elektrolyt-Grenzfläche umgewandelt. Die Zr-dotierte LiNiO2-Kathode mit einer anfänglichen Entladekapazität von 233 mA·h·g–1 zeigte im Vergleich zur ungedotierten LiNiO2 signifikant verbesserte Kapazitätserhaltung (86% nach 100 Zyklen) und thermische Stabilität. Während die spontan gebildete Zr-reiche Beschichtungsschicht Oberflächenschutz bietet, verzögern die Zr-Ionen im LiNiO2-Gitter den schädlichen Phasenübergang, der im tief geladenen Zustand von LiNiO2 auftritt, und unterdrücken teilweise die anisotropen Spannungen, die aus dem Phasenübergang entstehen. Eine weitere Optimierung der vorgeschlagenen gleichzeitigen Beschichtungs- und Dotierungsstrategie kann die inhärente strukturelle Instabilität der LiNiO2-Kathode mildern, was sie zu einer vielversprechenden Kathode mit hoher Energiedichte für Elektrofahrzeuge macht.