【背景】
富鎳層狀氧化物材料被認(rèn)為是鋰離子電池非常有前途的正極材料。然而，它們在實際應(yīng)用過程中面臨容量損失和界面不穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)，這主要是在循環(huán)過程中存在機械和化學(xué)失效的問題。探索提升性能的方法，對于實現(xiàn)鋰離子電池的高能量密度和長循環(huán)壽命至關(guān)重要。
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近日，來自燕山大學(xué)的黃建宇教授與唐永福教授團(tuán)隊與華中科技大學(xué)楊輝教授（共同通訊作者）等人，深入研究了鈮 (Nb) 摻雜對富鎳正極材料機械和化學(xué)穩(wěn)定性的影響。通過引入高價Nb元素實現(xiàn)機械-化學(xué)耦合調(diào)控，提高了富鎳正極材料的容量和循環(huán)壽命。
【研究總結(jié)】 鈮元素的摻雜能夠細(xì)化二次晶粒，達(dá)到類似于陶瓷的“晶粒細(xì)化”效果，同時進(jìn)一步穩(wěn)定晶粒邊界。摻雜Nb元素后的NCM811晶粒間融合結(jié)構(gòu)有效地消除了深度脫鋰狀態(tài)下的晶格應(yīng)變，抑制了氧損失，并防止了循環(huán)過程中導(dǎo)致斷裂的裂紋。此外，Nb元素?fù)诫s在相變過程中穩(wěn)定了單斜相，并促進(jìn)了循環(huán)后高穩(wěn)定性尖晶石孿晶界的形成。這有效降低了鋰擴(kuò)散勢壘，從而提高了可逆比容量和倍率性能。 同時Nb元素對晶粒晶體學(xué)取向的調(diào)控作用，使NCM811-0.5Nb顆粒的取向差有所降低，從而形成更均勻的鋰濃度分布。這種改善的鋰濃度均勻性可有效緩解晶界失配應(yīng)力，減輕顆粒損傷，最終提升NCM811-0.5Nb顆粒的循環(huán)穩(wěn)定性。 在該工作中系統(tǒng)闡釋了Nb摻雜提升富鎳層狀氧化物容量與穩(wěn)定性的作用機制，揭示了通過Nb摻雜實現(xiàn)機械-化學(xué)雙重穩(wěn)定策略在提高富鎳正極材料容量和壽命方面具有巨大潛力。 論文信息 Mechanically and Chemically Co-Robust Ni-Rich Cathodes with Ultrahigh Capacity and Prolonged Cycle Life Bo Wang, Kuo Li, Ge Xu, Zihan Zhang, Xinxin Wang, Jun Sun, Yijun Song, Xuedong Zhang, Yali Liang Dejie Kong, Yuan Qiu, Qipeng Teng, Xin Cui, Jingzhao Chen, Jun Zhao, Jing Wang, Hui Yang, Jianyu Huang, Yongfu Tang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202502725
