Ar magnetronu putināšanu uznesta alumīnija oksīda aizsargpārklājuma ietekme uz NCM litija jonu bateriju katodu

Abstract

LiNiₓCoᵧMn₂O₂ (x+y+z=1) (NCM) katodmateriāli ar augstu (x≥0.8) Ni saturu nodrošina konkurētspējīgu lādiņietilpību, taču cieš no zemas stabilitātes. Tiek pētītas dažādas metodes katodmateriālu stabilitātes uzlabošanai, tostarp katoda pārklāšana ar inertu aizsargslāni, kas novērš nevēlamas reakcijas starp katodā esošo aktīvo materiālu un elektrolītu bateriju darbības laikā. Ar magnetronu putināšanu uz NCM katodiem ar augstu Ni saturu (x=0.8 jeb NCM811; x=0.83 jeb NCM Ni83) uznests 10 nm, 20 nm un 50 nm biezs Al₂O₃ pārklājums, izmantojot 300 W vai 400 W jaudu. Katodi pagatavoti ar 75 % un 90 % aktīvā materiāla. No šīm partijām labāko stabilitāti uzrāda nepārklāts 75 % NCM811 katods, saglabājot 56 % no sākotnējās lādiņietilpības pēc 400 cikliem, un 90 % NCM Ni83 katods, pārklāts ar 20 nm pārklājumu (400 W) - 97 % pēc 200 cikliem.

LiNiₓCoᵧMn₂O₂ (x+y+z=1) (NCM) cathode materials with high Ni content (x≥0.8) offer competitive capacity but suffer from low stability. Various methods are being researched to improve stability, including coating the cathode with an inert layer to prevent undesired reactions between the cathode active material and electrolyte during operation. Using magnetron sputtering, 10 nm, 20 nm, and 50 nm thick Al₂O₃ coatings were deposited on NCM cathodes with high Ni content (x=0.8, i.e., NCM811; x=0.83, i.e., NCM Ni83) using 300 W or 400 W power. Cathodes were prepared with 75 % and 90 % active material content. The best stability was shown by the uncoated 75 % NCM811 cathode, retaining 56 % of the initial capacity after 400 cycles, and by the 90 % NCM Ni83 cathode coated with a 20 nm layer (400 W), retaining 97 % after 200 cycles.