第一作者：Huan Chen

通訊作者：溫兆銀，鹿燕，陸俊

通訊單位：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，浙江大學(xué)

溫兆銀，現(xiàn)任中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所能源材料研究中心主任，固態(tài)二次電池及材料課題組長。主要研究方向：固體電解質(zhì)材料及制備科學(xué)研究，固態(tài)鋰/鈉電池及其材料研究，氫/氧離子固體電解質(zhì)及氫能技術(shù)應(yīng)用研究。

鹿燕，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員，博士生導(dǎo)師。2019年獲得澳大利亞優(yōu)秀青年基金項目。主要研究方向：1.高比能鋰/鈉二次電池關(guān)鍵材料設(shè)計制備及性能優(yōu)化；2. 寬溫域液態(tài)/固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計及性能優(yōu)化；3. 固態(tài)鋰/鈉二次電池關(guān)鍵材料開發(fā)應(yīng)用及界面優(yōu)化。

陸俊，浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院求是講席教授，博士生導(dǎo)師，國家級高層次人才。研究方向：電化學(xué)能源儲存及轉(zhuǎn)換。在2018?2022年連續(xù)入選科全球高被引科學(xué)家。

論文速覽

富鎳層狀氧化物正極材料LiNi_xCo_yMn_zO₂（NCM）作為下一代鋰離子電池（LIBs）的候選材料，以高理論比容量、快速的電子/離子傳輸速率和高輸出電壓而備受關(guān)注。然而，其在實際應(yīng)用中受到界面不穩(wěn)定性、晶體不可逆相變和顯著的容量損失等問題的限制。

本研究提出了簡單且可規(guī)?；姆椒▉碇苽渚哂谐錾Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和倍率性能的梯度正極材料（M-NCM）。利用Ni²⁺與氨的強(qiáng)配位作用和KMnO₄的還原反應(yīng)，在前驅(qū)體準(zhǔn)備階段合理調(diào)整了富鎳正極的元素組成，實現(xiàn)了表面Ni的消耗和Mn的富集。通過原位和非原位技術(shù)深入研究表明，組分的梯度設(shè)計在穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)、有效減輕Li/Ni混合和抑制表面寄生反應(yīng)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

結(jié)果表明，M-NCM正極在200個循環(huán)后保持了98.6%的容量，并在15C時展現(xiàn)出107.5mAh g^-1的快速充電能力。此外，配置石墨負(fù)極的1.2Ah軟包電池展示了超過500個循環(huán)的壽命，容量損失僅8%。

圖文導(dǎo)讀

圖1：構(gòu)建梯度富鎳正極的表面配位和沉積策略的示意圖。

圖2：原始富鎳（P-NCM）正極和M-NCM正極的形態(tài)和原子結(jié)構(gòu)特征。

圖3：P-NCM和M-NCM電極在半電池和全電池中的電化學(xué)行為。

圖4：P-NCM和M-NCM樣品在循環(huán)過程中的化學(xué)環(huán)境。

圖5：富鎳正極的晶體結(jié)構(gòu)和相穩(wěn)定性。

總結(jié)展望

本研究通過氨配位和KMnO₄還原沉積的兩步法，設(shè)計了高度穩(wěn)定的梯度富鎳正極材料（M-NCM）。該材料在電化學(xué)性能上表現(xiàn)出色，具有98.6%的高容量保持率和15C下的107.5mAh g^-1的快速充電能力。此外，1.2Ah軟包電池在超過500次循環(huán)后僅損失了8%的容量，顯示出優(yōu)異的長期循環(huán)穩(wěn)定性。

這些結(jié)果證明了通過成分梯度設(shè)計可以有效提高正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，為開發(fā)長壽命、高能量密度的鋰離子電池提供了新策略。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Surface Gradient Ni-rich Cathode for Li-ion Batteries

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202401052