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劉兆平/邱報(bào)/高靜AFM：優(yōu)化體相和表面結(jié)構(gòu)獲得長(zhǎng)壽命和安全的鋰離子電池

盡管富鋰層狀正極中的氧氧化還原可以使可用容量超過(guò)250 mAh g^-1，但它也帶來(lái)了長(zhǎng)循環(huán)時(shí)容量的快速衰減和熱濫用時(shí)的嚴(yán)重安全問(wèn)題。

圖1 從原子尺寸看結(jié)構(gòu)特征

中科院寧波材料所劉兆平、邱報(bào)、浙江工業(yè)大學(xué)高靜等提出了一種通過(guò)表面的層間調(diào)節(jié)和體相的類(lèi)Li₂MnO₃域脫域的綜合策略，以規(guī)避上述問(wèn)題。前者是通過(guò)熱激勵(lì)后的ALD技術(shù)進(jìn)行的，而后者則是通過(guò)作者以前的工作中報(bào)告的成分控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)Cs校正掃描透射電子顯微鏡（Cs-STEM），這項(xiàng)工作徹底研究了富鋰層狀正極Li_1.08Ni_0.22Co_0.22Mn_0.45O₂的詳細(xì)表面和體層結(jié)構(gòu)，并通過(guò)在線微分電化學(xué)質(zhì)譜（DEMS）沒(méi)有檢測(cè)到氧氣。

圖2 在線微分電化學(xué)質(zhì)譜研究

研究顯示，通過(guò)原子層沉積的可控層間效應(yīng)可以最大限度地消除晶格失配，抑制循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)退化。而通過(guò)成分控制，脫域的Li₂MnO₃類(lèi)域可以完全禁止晶格氧從體外釋放，從而提高電極的熱穩(wěn)定性。

結(jié)果，優(yōu)化后的正極材料在200次循環(huán)后表現(xiàn)出94.0%的容量保持率。采用所得正極和石墨負(fù)極的1.25Ah多層軟包電池具有出色的循環(huán)性能，在0.5C下710次循環(huán)后可保持80.4%的容量。更重要的是，在成功通過(guò)實(shí)用級(jí)熱安全和針刺測(cè)試后，該方法所衍生的出色安全特性得到了驗(yàn)證。

圖3 半/全電池中正極的電化學(xué)性能

Optimizing Both Bulk and Surface Structure of Li-Rich Layered Cathodes for Long-Life and Safe Li-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302236

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