隨著儲能產業(yè)對高能量密度電池的迫切需求，使得具有較高的能量密度層狀富鎳材料（LiNixCoyMnzO2）正極材料的開發(fā)成為了產業(yè)界研究的重中之重。然而，目前主要使用正極能量密度很難滿足人們對電動汽車續(xù)航的要求。因此，進一步提升正極材料中的Ni含量和擴大材料的充放電窗口，這兩條策略是進一步激發(fā)高鎳材料潛力的重要方法。
然而，傳統(tǒng)的多晶高鎳正極材料在高截止電壓下會劇烈結構破壞，造成嚴重的不可逆容量衰減。此外，在長期循環(huán)過程中出現(xiàn)的裂紋和類尖晶石相，也會造成多晶高鎳正極的容量和能量密度快速衰減。這些都嚴重影響了高鎳材料的實際應用。
近日，南京大學周豪慎教授與日本產業(yè)技術綜合研究所(AIST)曹鑫博士，聚焦于單晶形貌的高鎳正極材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，研究發(fā)現(xiàn)了單晶形貌由于較高的機械強度，穩(wěn)定的結構，以及不存在多余的內部晶界，有望用于解決多晶高鎳材料的高壓穩(wěn)定性和循環(huán)性能等問題，并詳細闡明了單晶高鎳正極的高壓穩(wěn)定性的產生原因。
對多晶LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（PC-NCM811）和單晶LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（SC-NCM811）的結構演變和電化學性能進行了綜合比較，其中單晶表現(xiàn)出比多晶更少的不可逆容量損失和電壓下降這是由于在單晶電極內，不利H2→H3的相變可以得到有效抑制，并且?guī)缀鯖]有出現(xiàn)破壞性的H3b相。而相比之下，多晶樣品在充放電時顯示出嚴重的不可逆結構破壞和明顯的體積變化。這一點通過原為XRD的結果得到了直接的證明。 不止如此，層狀/類尖晶石相變只能在 SC-NCM811正極中也得到很好的抑制，從而在長期循環(huán)中具有優(yōu)異的結構穩(wěn)定性和有限的電壓衰減。而憑借穩(wěn)定的單晶形貌，SC-NCM811在長期循環(huán)過程中幾乎沒有出現(xiàn)裂紋。憑借這些新特性，單晶高鎳正極有望成為未來動力電池的首選之一。 論文信息 The Origin of High-Voltage Stability in Single-Crystal Layered Ni-Rich Cathode Materials Jianming Sun, Dr. Xin Cao, Dr. Huijun Yang, Prof. Ping He, Michael A. Dato, Prof. Jordi Cabana, Prof. Haoshen Zhou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202207225
