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?物理所禹習(xí)謙/湘潭楊秀康Nano Energy：單晶化和原位尖晶石涂層協(xié)同增強富鋰錳基正極

富鋰錳基正極（LRM）材料因其高比放電容量而被認為是下一代高能量密度鋰離子電池最有前途的正極材料。然而，目前主流的 LRM 材料呈現(xiàn)多晶形態(tài)，這種形態(tài)在長時間循環(huán)過程中的退化會加劇結(jié)構(gòu)畸變，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性差。

在此，中國科學(xué)院物理所禹習(xí)謙、湘潭大學(xué)楊秀康等人利用傳統(tǒng)的多晶LRM前驅(qū)體，通過簡單的熔鹽輔助固態(tài)合成方法制備了一種尖晶石相包覆的單晶LRM材料，其粒徑約為500 nm，然后進行了硼酸處理。

研究表明，所得單晶LRM材料的表面包覆層被確定為尖晶石Li₄Mn₅O₁₂，厚度約為5 nm，可有效增強Li⁺擴散動力學(xué)。單晶LRM材料在0.1 C（1 C=250 mA g^-1）條件下的比放電容量為 296.3 mAh g^-1，在1 C 條件下循環(huán)300 次后的容量保持率為97.4%。

圖1. 制備流程及結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作提出了一種結(jié)合多晶前驅(qū)體粉碎和熔鹽輔助燒結(jié)方法制備平均粒徑約為 500 nm 且分散性良好的單晶 LRM 正極材料的方法。隨后，通過硼酸處理，在單晶 LRM 顆粒中引入尖晶石相 Li₄Mn₅O₁₂，通過改善Li⁺擴散動力學(xué)，有效提高了可逆容量和倍率性能。因此，得益于單晶化和表面改性的協(xié)同作用，所獲得的材料在0.1 C 條件下的初始放電比容量高達 296.3 mAh g^-1，能量密度為 1047.4 Wh kg^-1；在 1 C 條件下循環(huán) 300 次后，容量保持率達到 97.4%，表現(xiàn)出優(yōu)異的長期循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，通過比較多晶和單晶材料的形態(tài)演變和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)LRM單晶化和尖晶石涂層之間的協(xié)同作用對于實現(xiàn)出色的長期循環(huán)穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，該種單晶化和表面改性方法為工業(yè)生產(chǎn)提供了良好的通用性前景，為富鋰單晶的商業(yè)應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

圖2. 電池性能

Synergistic Enhancement of Li-rich Manganese-based Cathode Materials through Single Crystallization and In-situ Spinel Coating, Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109241

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/02/19/7f07fbb63d/

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