采用富鎳層狀氧化物正極的鋰離子電池由于具有較高的實(shí)用能量密度而受到人們的關(guān)注。對這些材料的固相合成的反應(yīng)路徑和結(jié)構(gòu)演變的基本理解，對于它們的合理設(shè)計(jì)和大規(guī)模生產(chǎn)的工藝開發(fā)至關(guān)重要。

在此，清華大學(xué)何向明教授、王莉教授&阿貢國家實(shí)驗(yàn)室陳宗海通過現(xiàn)場技術(shù)追蹤了固態(tài)合成過程中的結(jié)構(gòu)演變，特別強(qiáng)調(diào)了鋰化反應(yīng)和過渡金屬（TM）離子的遷移。?燒結(jié)過程受分解反應(yīng)和鋰化反應(yīng)的競爭關(guān)系支配，可以通過溫度窗口進(jìn)行調(diào)節(jié)。控制鋰源的熔點(diǎn)以及它們與正極前驅(qū)體的親和力是非常需要的，以便在整個(gè)合成過程中保持TM離子的分層排序，從而簡化制造過程并提高制造的正極材料的質(zhì)量。

圖1. 富鎳層狀氧化物正極的燒結(jié)及結(jié)構(gòu)分析

總之，該工作采用原位HEXRD技術(shù)和XPS技術(shù)表征了固相合成富鎳TM層狀正極材料的反應(yīng)路徑和鋰化演化過程，研究了TM氫氧前驅(qū)體的兩階段本征熱分解反應(yīng)，提出了熱分解反應(yīng)與鋰化反應(yīng)之間的競爭關(guān)系，其中所選鋰源的熔點(diǎn)起著重要作用。具有低熔點(diǎn)的鋰鹽，如氫氧化鋰，可以創(chuàng)建具有良好的物質(zhì)接觸和良好的質(zhì)量輸運(yùn)率的固液相界面。同時(shí)本文還詳細(xì)研究了不同鋰鹽制備富鎳層狀氧化物正極材料的反應(yīng)過程。預(yù)期所提出的競爭關(guān)系可用于進(jìn)一步微調(diào)鋰化反應(yīng)的溫度窗口，優(yōu)化制備工藝。

圖2. 不同的鋰鹽制備的高鎳正極的電化學(xué)性能

Rational synthesis of high-performance Ni-rich layered oxide cathode enabled via probing solid-state lithiation evolution, Nano Energy ?2023 DOI:?10.1016/j.nanoen.2023.108528