全固体電池用の自己リチ化炭素を用いた正極の簡便な合成と作製

Facile formulation and fabrication of the cathode using a self-lithiated carbon for all-solid-state batteries.

• N Delaporte
• A Darwiche
• M Léonard
• G Lajoie
• H Demers
• D Clément
• R Veillette
• L Rodrigue
• M L Trudeau
• C Kim
• K Zaghib

抄録

リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（NMC）正極中での分散性を高めるために、親水性部位を有する表面修飾カーボンを用いて、正極複合電極の電気化学的性能を高める革新的なコンセプトを提案し、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（NMC）正極の表面にLiリッチなカーボンをin-situで生成させる。急速な水性プロセスを使用して、親水性炭素を効果的にNMC粒子に分散させ、次いで、その塩基性によりNMC粒子と相互作用するその酸表面基（-COOHなど）をグラフト化されたLi塩（-COOLi）に変換することにより、親水性炭素を効果的に分散させる。表面修飾された炭素を有する正極複合体を用いて調製された固体電池は、より優れた電気化学的性能を示す。このように表面修飾された炭素は、炭素/NMC界面でのLiイオンの移動を促進するだけでなく、その表面にリチエートカルボン酸基が存在することで、より良い電子伝導経路が得られることが明らかになった。

We propose a innovative concept to boost the electrochemical performance of cathode composite electrodes using surface-modified carbons with hydrophilic moieties to increase their dispersion in a Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC) cathode and in-situ generate Li-rich carbon surfaces. Using a rapid aqueous process, the hydrophilic carbon is effectively dispersed in NMC particles followed by the conversion of its acid surface groups (e.g. -COOH), which interact with the NMC particles due to their basicity, into grafted Li salt (-COOLi). The solid-state batteries prepared using the cathode composites with surface-modified carbon exhibit better electrochemical performance. Such modified carbons led to a better electronic conduction path as well as facilitating Li ions transfer at the carbon/NMC interface due to the presence of lithiated carboxylate groups on their surface.