鋰離子電池中的正極材料作為 Li+ 擴散和電子傳輸?shù)闹黧w，很大程度上決定了電池的性能。正極的離子擴散特性一直是研究的熱點，但關(guān)于電子傳輸特性的研究較少。相同的正極截止電壓設(shè)置相同，但相同電壓范圍下的比容量卻有明顯差異，這很可能受電子傳輸方面的影響。通常，鋰離子在單個顆粒內(nèi)的脫出/嵌入是由外加有效電勢 (Veff) 驅(qū)動的，其中Veff由施加在每個顆粒上的電勢 (Vo) 和由于表面電阻引起的電勢降 (IR) 決定（右）。 如果R值增加，Veff會降低，可用的鋰離子會減少。換句話說，倍率性能應(yīng)該受表面電導(dǎo)率的很大影響。因此，我們可以通過增加表面電導(dǎo)率來提高正極的倍率性能。
北京大學(xué)潘鋒教授和香港中文大學(xué)（深圳）張明建教授團隊提出了一種獨特的策略，通過提高表面電導(dǎo)率來提高正極的倍率性能，它增加了施加在單個顆粒主體上的有效電壓 (Veff)，從而在相同的外部電壓下驅(qū)動更多的 Li+ 脫出/插入。研究結(jié)果為調(diào)節(jié)表面電子傳輸特性開發(fā)高倍率正極材料提供了新的視角。 作者用一個圖解描述了改進后的電化學(xué)機理。正極改進的無序巖鹽相表面具有三個特征：①骨架穩(wěn)定。②良好的Li+滲流網(wǎng)絡(luò)。③高導(dǎo)電性。穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)保護內(nèi)部層狀晶格，確保長時間循環(huán)。表面產(chǎn)生豐富的空位和快速的電子傳輸，從而提高有效 施加在內(nèi)部層狀晶格上的電壓，導(dǎo)致更深的相變，從而在相同的外部電壓范圍下提取/插入更多的鋰離子，即提高倍率性能。 此外，使用有限元模型模擬了電化學(xué)過程。該模型由三部分組成，直徑為10微米的球形 LiCoO2 顆粒、覆蓋半個球體的薄導(dǎo)電層和具有邊界條件的電解質(zhì)。如實驗結(jié)果所證明的那樣，具有較高表面電導(dǎo)率的 LCO具有更長的放電時間，對應(yīng)于更大的比容量。具有較高表面電導(dǎo)率的粒子也表現(xiàn)出更均勻的表面電勢分布和放電末期更高的電勢，使得粒子內(nèi)部的Li+擴散更快。此外，不同放電時間的Li+ 濃度分布進一步證實，高表面電導(dǎo)率有利于Li+的快速嵌入。 總之，作者提出了一種獨特的策略，通過提高表面電導(dǎo)率來提高正極的倍率性能。首次通過有效電壓Veff的新概念將正極中Li+脫嵌/嵌入的特性與表面電子傳輸特性相關(guān)聯(lián)。這些發(fā)現(xiàn)加深了對正極材料中電子/Li+傳輸特性的理解，并為開發(fā)快速充電/放電正極開辟了新方向。充電/放電過程中表面和體積電導(dǎo)率的演變及其對電化學(xué)性能的影響值得進一步研究。 論文信息 Promoting Surface Electric Conductivity for High-Rate LiCoO2 Shenyang Xu, Xinghua Tan, Wangyang Ding, Wenju Ren, Qi Zhao, Weiyuan Huang, Jiajie Liu, Rui Qi, Yongxin Zhang, Jiachao Yang, Changjian Zuo, Haocheng Ji, Hengyu Ren, Bo Cao, Haoyu Xue, Zhihai Gao, Haocong Yi, Wenguang Zhao, Yinguo Xiao, Qinghe Zhao, Mingjian Zhang, Feng Pan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202218595
