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One Stone for Multiple Birds: Copolymer with Multifunctional Groups Boosts the Cycling Stability of Lithium Cobalt Oxide Cathodes at 4.5 V
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2024-12-18 , DOI: 10.1021/acsami.4c17219 Yuan Peng, Mengtong Xie, Dishu Zeng, Huimin Chen, Xuli Chen, Jiangtao Xu, Zhanglin Shi, Xiaoming Yang, Yaobang Li, Yucong Jiao, Zhaohui Wang, Kunkun Guo
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2024-12-18 , DOI: 10.1021/acsami.4c17219 Yuan Peng, Mengtong Xie, Dishu Zeng, Huimin Chen, Xuli Chen, Jiangtao Xu, Zhanglin Shi, Xiaoming Yang, Yaobang Li, Yucong Jiao, Zhaohui Wang, Kunkun Guo
High-voltage LiCoO2 is a promising cathode material for ultrahigh-energy lithium-ion batteries, particularly in the commercialization of 5G technology. However, achieving long-term operational stability remains a significant challenge. Herein, a quaterpolymer additive with multiple functional groups is introduced to enhance the electrochemical performance of LiCoO2 cathode at 4.5 V. The capacity remains 96% after 100 cycles at room temperature and 94.4% after 50 cycles even at 45 °C. The sulfonate and ester groups of the quaterpolymer additive serve as lithium carriers, providing high voltage resistance and fast ionic conductivity with increased lithium-ion diffusion coefficients during the charge/discharge processes. The incorporation of a quaterpolymer additive also improves the dispersion properties and peel strength of the LiCoO2 cathodes. The coordination between the sulfonate groups and Li+ as well as the amine-based derivatives and Lewis acid of PF5 is expected to disrupt the Li+ solvation shell and deactivate the PF5 reactivity, therefore suppressing electrolyte decompositions. Furthermore, the superior interactions between sulfate ester (O atoms)/amide (N atoms) groups of copolymer additive and superficial cobalt atoms of LiCoO2 provide a compensating charge to Co, inhibiting the surface cobalt dissolution, irreversible oxygen redox reaction, and the detrimental LiCoO2 phase transition from O3 to H1–3. The use of a tiny amount of polymer additive presents an effective approach to stabilizing high-voltage LiCoO2, offering valuable insights for the design of high-energy battery materials.
中文翻译:
一石多鸟:具有多功能基团的共聚物可提高钴酸锂阴极在 4.5 V 下的循环稳定性
高压 LiCoO2 是一种很有前途的超高能锂离子电池正极材料,特别是在 5G 技术的商业化中。然而,实现长期运营稳定性仍然是一项重大挑战。本文引入了一种具有多个官能团的四元聚合物添加剂,以增强 LiCoO2 阴极在 4.5 V 下的电化学性能。即使在 45 °C 下,在室温下循环 100 次后,容量仍保持 96%,在 50 次循环后容量仍保持 94.4%。 四元聚合物添加剂的磺酸盐和酯基用作锂载体,在充电/放电过程中提供高耐电压和快速离子电导率,并增加锂离子扩散系数。四元聚合物添加剂的加入还改善了 LiCoO2 阴极的分散性能和剥离强度。PF5 的磺酸盐基团和 Li+ 以及胺基衍生物和路易斯酸之间的配位预计将破坏 Li+ 溶剂化壳并使 PF5 反应性失活,从而抑制电解质分解。此外,共聚物添加剂的硫酸酯(O 原子)/酰胺(N 原子)基团与 LiCoO2 的表面钴原子之间的优越相互作用为 Co 提供了补偿电荷,抑制了表面钴溶解、不可逆的氧氧化还原反应以及有害的 LiCoO2 从 O3 到 H1-3 的相变。使用微量的聚合物添加剂提供了一种稳定的高压 LiCoO2 的有效方法,为高能电池材料的设计提供了有价值的见解。
更新日期:2024-12-18
中文翻译:
一石多鸟:具有多功能基团的共聚物可提高钴酸锂阴极在 4.5 V 下的循环稳定性
高压 LiCoO2 是一种很有前途的超高能锂离子电池正极材料,特别是在 5G 技术的商业化中。然而,实现长期运营稳定性仍然是一项重大挑战。本文引入了一种具有多个官能团的四元聚合物添加剂,以增强 LiCoO2 阴极在 4.5 V 下的电化学性能。即使在 45 °C 下,在室温下循环 100 次后,容量仍保持 96%,在 50 次循环后容量仍保持 94.4%。 四元聚合物添加剂的磺酸盐和酯基用作锂载体,在充电/放电过程中提供高耐电压和快速离子电导率,并增加锂离子扩散系数。四元聚合物添加剂的加入还改善了 LiCoO2 阴极的分散性能和剥离强度。PF5 的磺酸盐基团和 Li+ 以及胺基衍生物和路易斯酸之间的配位预计将破坏 Li+ 溶剂化壳并使 PF5 反应性失活,从而抑制电解质分解。此外,共聚物添加剂的硫酸酯(O 原子)/酰胺(N 原子)基团与 LiCoO2 的表面钴原子之间的优越相互作用为 Co 提供了补偿电荷,抑制了表面钴溶解、不可逆的氧氧化还原反应以及有害的 LiCoO2 从 O3 到 H1-3 的相变。使用微量的聚合物添加剂提供了一种稳定的高压 LiCoO2 的有效方法,为高能电池材料的设计提供了有价值的见解。