富鎳三元正極材料，因可逆容量高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的下一代高能量密度鋰離子動力電池正極材料之一。不過，界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問題，嚴(yán)重阻礙了該類正極材料的規(guī)?；瘧?yīng)用。

近日，長沙理工大學(xué)李靈均副教授課題組聯(lián)合廈門大學(xué)張橋保助理教授課題組以及美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室陸俊教授課題組（共同通訊作者）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。該材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，常溫1C倍率下經(jīng)200圈循環(huán)后，容量保持率為90.55%，高溫（60℃）1C倍率下經(jīng)過150次循環(huán)后，容量保持率為83.28%。對循環(huán)后材料進(jìn)行TEM分析發(fā)現(xiàn)，Ti&LaMO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(qiáng)富鎳材料的表面穩(wěn)定性。此外，作者們采用TXM顯微成像對循環(huán)前/后的正極材料進(jìn)行可視化研究，證明Ti&LaMO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(kuò)展。通過2D-FF-TXM-XANES研究Ni3+的濃度分布，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。該文以“SimultaneouslyDualModificationofNi-richLayeredOxideCathodeforHigh-energyLithium-ionBatteries”為題發(fā)表在國際著名期刊AdvancedFunctionalMaterials上。論文第一作者為長沙理工大學(xué)碩士研究生楊慧平，共同一作為內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的吳宏輝博士后和布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的GeMingyuan博士后，該工作得到了布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室XinHuolin教授在TEM數(shù)據(jù)分析方面和中科院海西研究院（廈門）鐘貴明研究員在NMR表征方面的大力支持。

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1、利用DFT分別構(gòu)建了Ti和La元素在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料表層固相擴(kuò)散的模型，研究發(fā)現(xiàn)La比Ti更傾向于富集在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料表面。在此基礎(chǔ)上通過前驅(qū)體包覆及高溫煅燒，設(shè)計并同步合成了Ti摻雜&La4NiLiO8包覆的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極材料，制備方法簡單，更利于商業(yè)化推廣。

2、所合成雙重修飾富鎳正極材料展現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。這歸因于La4NiLiO8包覆增強(qiáng)了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的界面穩(wěn)定性及電子電導(dǎo)，Ti摻雜抑制了鋰鎳混排及材料在電化學(xué)過程中的相變。更多新聞熱點(diǎn)，微信關(guān)注“電池工業(yè)網(wǎng)”

3、TXM和XANES測試表明，LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在循環(huán)過程中存在微裂紋擴(kuò)展，以及二次顆粒結(jié)構(gòu)衰減不一致的現(xiàn)象。雙重修飾成功抑制了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2晶間裂紋的形成和擴(kuò)展，增強(qiáng)了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和一致性。