中國(guó)粉體網(wǎng)訊 高鎳三元正極材料（Ni≥90%）由于具有較高的能量密度而受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛研究。然而，其內(nèi)部及表界面結(jié)構(gòu)較差的穩(wěn)定性嚴(yán)重阻礙了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。因此，整體設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)體相晶格及表界面協(xié)同調(diào)控策略是解決高鎳正極材料高能量密度與長(zhǎng)使用壽命和安全之間矛盾的重要手段。深入揭示晶格調(diào)控、表界面結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及相關(guān)穩(wěn)定機(jī)制，對(duì)提升高能量密度高鎳三元正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程具有非常重要的意義。
近日，云南大學(xué)材料與能源學(xué)院（云南大學(xué)電鏡中心）郭洪教授團(tuán)隊(duì)采用一步法合成了具有體相摻雜、亞表面超晶格和表面鋰離子導(dǎo)體修飾的新型LiNi0.9Co0.09Mo0.01O2高鎳正極材料，相關(guān)研究成果以“One-Step Calcination Realizing Bulk-Doped Surface-Modified Ni-Rich Cathodes with Superlattice for Long-Cycling LIBs”為題發(fā)表在國(guó)際期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。
針對(duì)傳統(tǒng)體相摻雜及表界面包覆仍難以有效平衡高能量密度和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之間面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并結(jié)合前期的研究基礎(chǔ)，郭洪教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)一步法合成策略制備出了同時(shí)包含體相鈦（Ti）摻雜、亞表面鋰/鎳（Li+/Ni2+）有序超晶格及表面包覆鋰離子導(dǎo)體（Li2TiO3）的新型LiNi0.9Co0.09Mo0.01O2高鎳三元正極材料。Ti摻雜提升材料內(nèi)部金屬-氧鍵鍵強(qiáng)和電子電導(dǎo)率的同時(shí)，可增大鋰離子的遷移通道，有效提升正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。Li+/Ni2+有序超晶格層可以防止正極材料脫鋰后層狀結(jié)構(gòu)的坍塌，進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而表面Li2TiO3鋰離子導(dǎo)體包覆層不僅可以改善正極材料的空氣穩(wěn)定性、抑制電解液與正極活性材料之間的副反應(yīng)，還可以提升鋰離子在表界面的遷移動(dòng)力學(xué)。三個(gè)方面的高效協(xié)同作用大大提升了該新型高鎳正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。
郭洪介紹，高價(jià)態(tài)元素?fù)诫s形成的新型高鎳正極材料，不但能很好地優(yōu)化一次晶粒的形貌，還能構(gòu)建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且不影響鋰離子輸運(yùn)的超晶格層，進(jìn)而很好地消除二次顆粒在充放電過(guò)程中于內(nèi)部形成的微應(yīng)力，優(yōu)化鋰離子的遷移路徑，有效提高正極材料在充放電循環(huán)及熱失控過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
此外，這項(xiàng)工作首先采用了DFT理論計(jì)算方法全面分析并揭示了Ti、鉬元素（Mo）及Li2TiO3鋰離子導(dǎo)體包覆層的形成機(jī)制和在結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵作用，同時(shí)采用原位XRD表征手段對(duì)材料運(yùn)行過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律進(jìn)行了深入研究，為高鎳正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定機(jī)制提供基本的理解，并為其進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供較好的技術(shù)保障。
參考資料：科技日?qǐng)?bào)、新材料科訊、云南大學(xué)官網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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