AFM：表面改性工程使4.6 V单晶富镍正极具有优异的长期循环性能

Nanoyu

2021-10-28

为了提高商用锂离子电池的能量密度和成本竞争力，在层状过渡金属氧化物正极（NCM）中提高镍（Ni）含量和降低钴（Co）含量是一种可行的策略。然而，由于不可逆的界面相变和不可避免的裂纹形成，NCM正极在实际的长期循环过程中存在严重的容量衰减问题。

近日，中南大学郑俊超教授报道了采用原位改性的方法，将单晶层状的LiNi_0.6Co_0.1Mn_0.3O₂（SC-NCM）颗粒相互连接，形成均匀、共形的Li_1.8Sc_0.8Ti_1.2(PO₄)₃（LSTP）保护层。

文章要点

1）LSTP表面改性有助于在正极和电解质之间形成一层坚固的正极-电解质界面薄膜，可以防止电解质对SC-NCM的腐蚀，而力学性能的稳定性可以改善恶劣条件下长循环引起的晶间裂纹。此外，LSTP导电改性层促进了锂离子在正极粒子之间的传输，有效地提高了倍率性能。

2）实验结果表明，修饰后的SC-NCM在5 C的高倍率放电下具有144.3 mAh g⁻¹的可逆容量，500次循环后在4.6 V的超高充电电压下仍保持90.27%的容量保持率。此外，开发的基于石墨/LSTP改性SC-NCM的软包全电池的面容量为5.44 mAh cm⁻²，在1700次循环后出色地保持了89.6%的容量保持率，138.9 mAh g⁻¹的高放电容量。

这项工作突出了在高电压（>4.3 V vs Li/Li⁺）和实用面电容负载（>2.5mAh cm⁻²）下，富Ni单晶NCM的高能量密度和优异的循环稳定性。

参考文献

Xin-Ming Fan, et al, Surface Modification Engineering Enabling 4.6 V Single-Crystalline Ni-Rich Cathode with Superior Long-Term Cyclability, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202109421

https://doi.org/10.1002/adfm.202109421