濃厚電解質中の極薄ロバスト間相を用いたコバルトフリー正極における遷移金属溶解の抑制

Inhibition of transition metals dissolution in cobalt-free cathode with ultrathin robust interphase in concentrated electrolyte.

• Wei Liu
• Jinxing Li
• Wenting Li
• Hanying Xu
• Chao Zhang
• Xinping Qiu

抄録

サイクリング中の低いクーロン効率は、リチウムイオン電池へのコバルトフリーリチウムリッチ材料の応用を妨げるものである。ここでは、鉄置換コバルトフリーリチウムリッチ材料の低クーロン効率の主な原因が、従来から知られているマンガンではなく、鉄の溶解であることを明らかにした。また、高濃度電解質を用いて遷移金属イオンの溶解を抑制する方法を提案した。その結果、濃厚電解質中に形成された正極電解質間隙層は、均一で強固なLiFリッチCEIであり、希薄電解質中に形成された不均一で脆弱な有機物リッチCEIとは対照的であることを明らかにした。このLiFリッチCEIは、TMの溶解を効果的に抑制するだけでなく、カソード構造を安定化させる。本研究では、鉄置換コバルトを含まないリチウムリッチ正極材料の濃厚電解液中でのクーロン効率,サイクル安定性,レート性能,安全性を大幅に向上させた。

The low Coulombic efficiency during cycling hinders the application of Cobalt-free lithium-rich materials in lithium-ion batteries. Here we demonstrated that the dissolution of iron, rather than traditionally acknowledged manganese, is mainly responsible for the low Coulombic efficiency of the iron-substituted cobalt-free lithium-rich material. Besides, we presented an approach to inhibit the dissolution of transition metal ions by using concentrated electrolytes. We found that the cathode electrolyte interphase (CEI) layer formed in the concentrated electrolyte is a uniform and robust LiF-rich CEI, which is a sharp contrast with the uneven and fragile organic-rich CEI formed in the dilute electrolyte. The LiF-rich CEI not only effectively inhibits the dissolution of TMs but also stabilizes the cathode structure. The Coulombic efficiency, cycling stability, rate performance, and safety of the Fe-substituted cobalt-free lithium-rich cathode material in the concentrated electrolyte have been improved tremendously.