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Cycling Stability of Lithium‐Ion Batteries Based on Fe–Ti‐Doped LiNi$_{0.5}$Mn$_{1.5}$O$_{4}$ Cathodes, Graphite Anodes, and the Cathode‐Additive Li$_{3}$PO$_{4}$

Stüble, Pirmin 1; Müller, Marcus 1; Bergfeldt, Thomas ORCID iD icon 2; Binder, Joachim R. 3; Hofmann, Andreas ORCID iD icon 4
1 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

This study addresses the improved cycling stability of Li-ion batteries based on Fe–Ti-doped LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) high-voltage cathode active material and graphite anodes. By using 1 wt% Li3PO4 as cathode additive, over 90% capacity retention for 1000 charge–discharge cycles and remaining capacities of 109 mAh g−1 are reached in a cell with an areal capacity of 2.3 mAh cm−2 (potential range: 3.5–4.9 V). Cells without the additive, in contrast, suffer from accelerated capacity loss and increase polarization, resulting in capacity retention of only 78% over 1000 cycles. An electrolyte consisting of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and LiPF6 is used without additional additives. The significantly improved cycling stability of the full cells is mainly due to two factors, namely, the low MnIII content of the Fe–Ti-doped LNMO active material and the use of the cathode-additive Li3PO4. Crystalline Li3PO4 yields a drastic reduction of transition metal deposition on the graphite anode and prevents Li loss and the propagation of cell polarization. Li3PO4 is added to the cathode slurry that makes it a very simple and scalable process, first reported herein. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000159968
Veröffentlicht am 30.06.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/advs.202301874
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Zitationen: 7
Web of Science
Zitationen: 7
Dimensions
Zitationen: 10
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2198-3844
KITopen-ID: 1000159968
HGF-Programm 38.02.01 (POF IV, LK 01) Fundamentals and Materials
Erschienen in Advanced Science
Verlag Wiley Open Access
Band 10
Heft 24
Seiten Art.-Nr.: 2301874
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 22.06.2023
Nachgewiesen in Web of Science
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