隨著全球能源危機與環(huán)境污染問題的日益突出，電動汽車實現(xiàn)了“爆炸式”增長。鋰離子電池富鎳層狀正極材料因可逆容量高、成本低等優(yōu)點被認為是最有希望的下一代電動汽車用動力電池正極材料，然而界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問題嚴重阻礙其規(guī)?；瘧?yīng)用。
近日，我校材料科學與工程學院李靈均副教授團隊與廈門大學張橋保助理教授、美國阿貢國家實驗室陸俊教授、內(nèi)布拉斯加大學林肯分校、布魯克海文國家實驗室等海內(nèi)外團隊合作，在高能量密度鋰離子電池雙重修飾富鎳正極材料方面取得了突破性進展。研究團隊以鋰離子電池高容量富鎳正極材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2為研究對象，從分析Ti和La在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面的遷移勢壘出發(fā)，發(fā)現(xiàn)Ti摻入體相而La逃離至表面的狀態(tài)為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)理論計算結(jié)果，合理設(shè)計并同步合成了Ti摻雜&La4NiLiO8包覆（簡寫為Ti&LaMO）的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極材料。
該材料具有優(yōu)異的電化學性能，特別是在高溫（60℃）1 C倍率下經(jīng)過150次循環(huán)后，雙重修飾材料的容量保持率比純相富鎳材料提高了近兩倍。對循環(huán)后材料進行透射電鏡分析發(fā)現(xiàn)，雙重修飾能有效抑制富鎳材料在循環(huán)過程中表面納米尺度的結(jié)構(gòu)退化，從而增強富鎳材料的表面穩(wěn)定性。此外，研究團隊采用全場透射X射線顯微成像對循環(huán)前/后的正極材料進行可視化研究，證明雙重修飾抑制了正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的產(chǎn)生與循環(huán)過程中微裂紋擴展，并揭示了循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到抑制，材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著提升。這一發(fā)現(xiàn)為鋰離子電池富鎳材料的開發(fā)應(yīng)用提供新的思路和理論指導(dǎo)，助力高能量密度鋰離子動力電池發(fā)展。
該工作以長沙理工大學為第一單位發(fā)表在材料領(lǐng)域著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials），論文第一作者為長沙理工大學在讀碩士研究生楊慧平，李靈均副教授為論文第一通訊作者。該研究得到國家自然科學基金（51774051, 51304031, 21703185）、長沙市杰出創(chuàng)新青年培養(yǎng)計劃、國家重點研發(fā)項目（2018YFB0905400）、美國能源部等多項基金的支持。
論文鏈接如下：
Simultaneously Dual Modification of Ni-Rich Layered Oxide Cathode for High-Energy Lithium-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 1808825 (2019) DOI: 10.1002/adfm.201808825，https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201808825
《Advanced Functional Materials》于2001年創(chuàng)刊，是德國Wiley出版社旗下頂級期刊，當前影響因子13.325，主要關(guān)注材料科學、納米技術(shù)、化學、物理等領(lǐng)域最前沿的工作。
