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Improved Lithium-Ion Transport Within the LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 Secondary Cathode Particles Through a Template-Assisted Synthesis Route
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2021-09-03 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c03179 Buse Bulut Kopuklu 1 , Aurora Gomez-Martin 2 , Martin Winter 2, 3 , Tobias Placke 2 , Richard Schmuch 2 , Selmiye Alkan Gursel 1, 4 , Alp Yurum 4
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2021-09-03 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c03179 Buse Bulut Kopuklu 1 , Aurora Gomez-Martin 2 , Martin Winter 2, 3 , Tobias Placke 2 , Richard Schmuch 2 , Selmiye Alkan Gursel 1, 4 , Alp Yurum 4
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Herein, we report a sacrificial carbon fiber (CF) template-assisted synthesis of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (C-NCA) by the Pechini method. An anisotropic primary particle morphology with an interconnected microstructure is obtained, originating from local overheating and oxygen-deficient zones induced by combustion of the CFs during high-temperature lithiation. Moreover, the particles assembled around the CFs demonstrated denser packing compared to the reference bare NCA (B-NCA) synthetized in the absence of the CF template. The anisotropic surfaces facilitate ion transport and stabilize the structure for high voltage and temperature operation. C-NCA||Li metal cells exhibit a reversible capacity of 106 mA h g–1 at 10 C and are able to retain 96% of their initial capacity as the C-rate is reverted to 0.1 C. The state of health of C-NCA||graphite full cells remains at 70% after 200 cycles at 0.33 C within 2.8–4.3 V. The results outperform the B-NCA cell, exhibiting a significant loss over 66 cycles while delivering only 50% of its initial capacity. The synthesis method allows for a straightforward route for tailoring the particle size, shape, and crystallinity, enabling the development of stable nickel-rich cathode materials, even at an upper cutoff voltage of 4.5 V or an operating temperature of 60 °C.
中文翻译：
通过模板辅助合成途径改善 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 二次阴极颗粒内的锂离子传输
在此，我们报告了通过 Pechini 方法合成 LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (C-NCA)的牺牲碳纤维 (CF) 模板辅助合成。获得了具有互连微观结构的各向异性初级粒子形态，其起源于高温锂化过程中由 CF 燃烧引起的局部过热和缺氧区。此外，与在没有 CF 模板的情况下合成的参考裸 NCA (B-NCA) 相比，在 CF 周围组装的颗粒表现出更密集的堆积。各向异性表面促进离子传输并稳定结构以用于高压和高温操作。C-NCA||Li金属电池的可逆容量为106 mA hg –1在 10 C 下，当 C 倍率恢复到 0.1 C 时，能够保持其初始容量的 96%。C-NCA||石墨全电池的健康状态在 2.8 年内在 0.33 C 下循环 200 次后仍保持在 70% –4.3 V。结果优于 B-NCA 电池，在 66 次循环中表现出显着损失，同时仅提供其初始容量的 50%。该合成方法为定制粒径、形状和结晶度提供了一条简单的途径，即使在 4.5 V 的上限截止电压或 60 °C 的工作温度下，也能开发出稳定的富镍正极材料。
更新日期：2021-09-20
中文翻译：
通过模板辅助合成途径改善 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 二次阴极颗粒内的锂离子传输
在此，我们报告了通过 Pechini 方法合成 LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (C-NCA)的牺牲碳纤维 (CF) 模板辅助合成。获得了具有互连微观结构的各向异性初级粒子形态，其起源于高温锂化过程中由 CF 燃烧引起的局部过热和缺氧区。此外，与在没有 CF 模板的情况下合成的参考裸 NCA (B-NCA) 相比，在 CF 周围组装的颗粒表现出更密集的堆积。各向异性表面促进离子传输并稳定结构以用于高压和高温操作。C-NCA||Li金属电池的可逆容量为106 mA hg –1在 10 C 下，当 C 倍率恢复到 0.1 C 时，能够保持其初始容量的 96%。C-NCA||石墨全电池的健康状态在 2.8 年内在 0.33 C 下循环 200 次后仍保持在 70% –4.3 V。结果优于 B-NCA 电池，在 66 次循环中表现出显着损失，同时仅提供其初始容量的 50%。该合成方法为定制粒径、形状和结晶度提供了一条简单的途径，即使在 4.5 V 的上限截止电压或 60 °C 的工作温度下，也能开发出稳定的富镍正极材料。
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