5V Solid-State Lithium Batteries Using Garnet-Based Electrolytes and LiNi<sub>0.5</sub>Mn<sub>1.5</sub>O<sub>4</sub> Spinel Cathode Composite
Notice bibliographique
Résumé
There is an ever increasing demand to increase the gravimetric and volumetric energy density of Lithium batteries as well as enhancing their safety cycle life and lower safety. Solid-State batteries (SSB) enjoy a great attention nowadays due to their potential to meet all those requirements and power the EV revolution. The use of solid electrolytes (SE) in commercial batteries has been solely limited to polymer electrolytes based on poly(ethylene oxide), PEO, coupled with LiFePO4 (LFP) that are limited by the oxidative stability of PEO to < 3.6 V and the low potential of LFP at 3.4 V. The commercial cells are cycled at high temperature (45 ⁰C) to overcome the modest ambient ionic conductivity of the SE and under a stack pressure and a cathode composite to overcome the high interfacial resistances of the solid-solid interfaces. A cathode composite is made of conventional cathode components with a "catholyte" added to the formulation. The catholyte is made of an optimized amount of an ionic conductor that is mostly derived from the solid electrolyte formulation. Very recent studies by our research group (1) and others (2) have shown that higher voltage cells can be made by using garnet or perovskite-based ceramic/polymer composites and LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 (NMC532) or LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (NMC 622) layered cathodes reaching 4.2 V and can operate for few cycles. Herein, we extend the work in order to further increase the voltage of the SSB cells by using LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) spinel cathode with its high potential of 4.7 V. The Tantalum-doped Lithium Lanthanum Zirconate, Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (Ta-doped LLZO, LLZTO), of the garnet family of solid electrolytes has been selected as a SE due to their high ambient ionic conductivity, wide electrochemical stability window and good chemical stability against Li metal. PEO and other compatible polymers have been used to formulate composite SEs in thin films and their properties were studied and compared with LLZTO pellets. Cells have been made using composite cathode formulations composed of LNMO cathode as an active material, carbon black, conventional and novel binders and a SE-based and proprietary catholyte coupled with the SE films or pellets and thick/thin Li films. The short-term cycling performance of the cells assembled with selected SEs and composite cathodes along with other electrochemical results will be presented. References: (1) Hilal Al-Salih, Allan Huang, Chae-Ho Yim, Annica I. Freytag, Gillian R. Goward, Elena Baranova and Yaser Abu-Lebdeh, 2020, J. Electrochem. Soc. 167 070557. (2) P. López-Aranguren, X. Judez, M. Chakir, M. Armand and L. Buannic, 2020, J. Electrochem. Soc. 167 020548.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».