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李春忠/江浩AM: 富鎳正極的應(yīng)變工程，實(shí)現(xiàn)軟包全電池的優(yōu)異循環(huán)

富鎳層狀氧化物處于高能鋰離子電池發(fā)展的最前沿，但其廣泛應(yīng)用因容量下降和熱不穩(wěn)定性而受到阻礙。

在此，華東理工大學(xué)李春忠教授、江浩教授等人實(shí)施原位共沉淀策略以實(shí)現(xiàn)新型超分散摻雜Nb的富鎳正極（d-NCNb），其由具有增加的氧穩(wěn)定{001}面的細(xì)長(zhǎng)且徑向排列的初級(jí)顆粒組成。富鎳正極中的Nb摻雜有助于誘導(dǎo)一次顆粒的定向生長(zhǎng)，在高溫鋰化過程中形成徑向排列的二次微球。這種微觀結(jié)構(gòu)被認(rèn)為可大大提高富鎳正極的循環(huán)穩(wěn)定性，因?yàn)樗梢种凭чg微裂紋和有害的副反應(yīng)。

與常規(guī)Nb摻雜的富鎳正極（c-NCNb1）相比，所得的d-NCNb1在0.1 C下具有229.0 mAh g^-1的高可逆比容量，且在5 C時(shí)容量可保持在169.1 mAh g^-1。當(dāng)在高溫（55℃）或高倍率（5C）下運(yùn)行100次循環(huán)時(shí)，d-NCNb1仍分別提供了95.1%和97.1%的優(yōu)異容量保持率，遠(yuǎn)高于c-NCNb1（90.4%和89.8%）。

圖1. c-NCNb與d-NCNb的結(jié)構(gòu)演示及表征

進(jìn)一步，在采用MCMB石墨負(fù)極組裝的軟包全電池中，在3.0~4.2 V范圍內(nèi)，d-NCNb1在1 C下循環(huán)500次后的容量保持率為91.9%，在5 C時(shí)循環(huán)2000次后的容量保持率為80.5%，可適應(yīng)電動(dòng)汽車的輕量化和智能化。研究表明，這種特殊的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性主要是由于徑向致密的微觀組織使晶內(nèi)和晶間應(yīng)變分布均勻，從而極大地抑制了微裂紋的形成、擴(kuò)展及表面降解。

此外，有限元分析結(jié)果與不同充放電狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。同時(shí)，TM層八面體位置的超分散Nb摻雜抑制了Li/Ni無序和晶格氧逸出，進(jìn)一步增強(qiáng)了晶體結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性?？傊?，這項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)高能量密度和長(zhǎng)壽命鋰離子電池的超分散雜原子摻雜及初級(jí)顆粒的定向生長(zhǎng)和緊密填充提供了一種原位策略。

圖2. c-NCNb1與d-NCNb1的電化學(xué)性能對(duì)比

Strain engineering of Ni-rich cathode enables exceptional cyclability in pouch-type full cells, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202209357

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/10/9cd4de791f/

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