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Osmotically Delaminated Silicate Nanosheet-Coated NCM for Ultra-Stable Li⁺ Storage and Chemical Stability Toward Long-Term Air Exposure

Titelangaben

Stevenson, Max ; Weiß, Sebastian ; Cha, Gihoon ; Schamel, Maximilian ; Jahn, Leonard ; Friedrich, Daniel ; Danzer, Michael A. ; Cheong, Jun Young ; Breu, Josef:
Osmotically Delaminated Silicate Nanosheet-Coated NCM for Ultra-Stable Li⁺ Storage and Chemical Stability Toward Long-Term Air Exposure.
In: Small. Bd. 19 (2023) Heft 39 . - 2302617.
ISSN 1613-6829
DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202302617

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Abstract

Abstract To ensure the safety and performance of lithium-ion batteries (LIBs), a rational design and optimization of suitable cathode materials are crucial. Lithium nickel cobalt manganese oxides (NCM) represent one of the most popular cathode materials for commercial LIBs. However, they are limited by several critical issues, such as transition metal dissolution, formation of an unstable cathode-electrolyte interphase (CEI) layer, chemical instability upon air exposure, and mechanical instability. In this work, coating fabricated by self-assembly of osmotically delaminated sodium fluorohectorite (Hec) nanosheets onto NCM (Hec-NCM) in a simple and technically benign aqueous wet-coating process is reported first. Complete wrapping of NCM by high aspect ratio (>10 000) nanosheets is enabled through an electrostatic attraction between Hec nanosheets and NCM as well as by the superior mechanical flexibility of Hec nanosheets. The coating significantly suppresses mechanical degradation while forming a multi-functional CEI layer. Consequently, Hec-NCM delivers outstanding capacity retention for 300 cycles. Furthermore, due to the exceptional gas barrier properties of the few-layer Hec-coating, the electrochemical performance of Hec-NCM is maintained even after 6 months of exposure to the ambient atmosphere. These findings suggest a new direction of significantly improving the long-term stability and activity of cathode materials by creating an artificial CEI layer.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: cathode electrolyte interface; cathode materials; Li-ion batteries; nanosheets; surface coating
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Chemie I > Lehrstuhl Anorganische Chemie I - Univ.-Prof. Dr. Josef Breu
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme > Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme - Univ.-Prof. Dr. Michael Danzer
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Chemie I
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Eingestellt am: 21 Okt 2023 21:03
Letzte Änderung: 24 Okt 2023 08:16
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/87345