view in publisher's site
- خانه
- لیست مقالات
- چکیده
Enhanced Electrochemical Performance and Thermal Stability of ZrO2- and rGO–ZrO2-Coated Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2 Cathode Material for Li-Ion Batteries
LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) has been considered as a promising cathode for Li-ion batteries (LIBs) due to its high electrochemical capacity and low cost; however, poor cycling stability is one of the main restricting factors in industrial applications of the NCM811 cathode material. Notably, the capacity fading and low structural stability of NCM811 are intensified at elevated temperatures. ZrO2- and composite rGO–ZrO2-coated NCM811 were fabricated by a facile wet chemical method and evaluated at 25 and 55 °C to overcome these impediments. The ZrO2 coating provides superior cycling and thermal stability and perfectly protects the cathode active material from deleterious side reactions, and HF attacks by suppressing the direct contact of NCM811 particles and electrolytes. Despite these advantages, the discharge capacity of the ZrO2-coated cathode material (166.3, 187.7 mAh g–1) is slightly lower than that of the pristine cathode (171.7, 193.0 mAh g–1) due to the insulative nature of ZrO2 NPs, after one cycle at ambient and elevated temperatures. The first cycle discharge capacity increased to 185.9 and 206.7 mAh g–1 at 25 and 55 °C, respectively, with the rGO–ZrO2-coated cathode material. The capacity retention reached 92.4 and 83.3%, showing high capacities of 171.8 and 172.3 mAh g–1 at 1C after 100 cycles at 25 and 55 °C, whereas the pristine cathode material exhibited low retention values of 72.4 and 54.5% with discharge capacities of 124.3 and 105.2 mAh g–1 under the same conditions, respectively. The incorporation of rGO into the coating can make up for the ZrO2 coating imperfection and, at the same time, can enhance the ion/electron conductivity of the electrode by providing a conductive network on the surface of the cathode material. In light of the fact that ZrO2- and composite rGO–ZrO2-coated NCM811 cathode materials exhibit superior performance; they can pave the way for industrial applications of high-energy-density lithium-ion batteries.
عملکرد الکتروشیمیایی پیشرفته و پایداری حرارتی ZrO۲ - and rGO - ZrO۲ - Coated Li [ Ni۰.
۸ Co۰.
۱ Mn۰.
۱ ] مواد رسانا برای باتری‌های لی یون
LiNi۰.
۸ Co۰.
۱ Mn۰.
۱ O۲ (NCM۸۱۱)به دلیل ظرفیت الکتروشیمیایی بالا و هزینه کم، به عنوان یک کاتد امیدبخش برای باتری‌های لیتیومی در نظر گرفته شده‌است؛ با این حال، پایداری ضعیف چرخه یکی از عوامل اصلی محدود کننده در کاربردهای صنعتی ماده کاتد NCM۸۱۱ است.
قابل‌ذکر است که محوشدگی ظرفیت و پایداری ساختاری پایین NCM۸۱۱ در دماهای بالا تشدید شده‌اند.
ZrO۲ - و کامپوزیت rGO - ZrO۲ - NCM۸۱۱ پوشش داده‌شده با روش شیمیایی مرطوب ساده ساخته شدند و در دمای ۲۵ و ۵۵ درجه سانتی گراد برای غلبه بر این موانع ارزیابی شدند.
پوشش ZrO۲ چرخه بهتر و پایداری حرارتی را فراهم می‌کند و به طور کامل از مواد فعال کاتدی در برابر واکنش‌های جانبی مضر و حملات HF با سرکوب تماس مستقیم ذرات NCM۸۱۱ و الکترولیت محافظت می‌کند.
علی‌رغم این مزایا، ظرفیت تخلیه ماده کاتد پوشش ZrO۲ (۱۶۶.۳، ۱۸۷.۷ mآه g - ۱)کمی کم‌تر از کاتد اولیه (۱۷۱.۷، ۱۹۳.۰ mآه g - ۱)به دلیل ماهیت عایق ZrO۲ NPs، بعد از یک چرخه در دمای محیط و بالا است.
ظرفیت تخلیه چرخه اول به ترتیب به ۱۸۵.۹ و ۲۰۶.۷ میلی‌لیتر بر گرم در دمای ۲۵ و ۵۵ درجه سانتی گراد، با ماده کاتد پوشش یافته با rGO - ZrO۲ افزایش یافت.
حفظ ظرفیت به ۹۲.۴ و ۸۳.۳ % رسید، که ظرفیت بالایی به ترتیب ۱۷۱.۸ و ۱۷۲.۳ میلی متر بر گرم در دمای ۱ درجه سانتی گراد پس از ۱۰۰ چرخه در دمای ۲۵ و ۵۵ درجه سانتی گراد را نشان می‌دهد، در حالی که ماده کاتد اولیه با ظرفیت تخلیه ۱۲۴.۳ و ۱۰۵.۲ میلی متر بر گرم تحت همان شرایط، مقادیر ماندگاری پایینی به ترتیب ۷۲.۴ و ۵۴.۵ درصد را نشان می‌دهد.
ترکیب rGO در پوشش می‌تواند نقص پوشش ZrO۲ را جبران کند و در عین حال، می‌تواند هدایت یون / الکترون الکترود را با فراهم کردن یک شبکه رسانا بر روی سطح ماده کاتد افزایش دهد.
با توجه به این حقیقت که مواد کاتدی ZrO۲ - و کامپوزیت rGO - ZrO۲ - ZrO۲ پوشش NCM۸۱۱ عملکرد بهتری دارند؛ آن‌ها می‌توانند راه را برای کاربردهای صنعتی باتری‌های لیتیومی - یونی با چگالی انرژی بالا هموار کنند.
ترجمه شده با 
ترجمه کنید