Nature: 高熵掺杂助力无应变无钴高镍正极

元催化

2022-09-26

       锂离子电池(LIBs)是便携式电子产品、电动工具中无处不在的电源供应商，并且在全球轻型和中型汽车中所占的比例越来越大。钴(Co)是稳定正极的关键成分，已广泛应用于当今的三元高镍LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂(NMC)和LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂(NCA)体系中，但Co的破坏性甚至比Ni更大。在此背景下，开发高镍、零钴正极引起了极大的关注。

加州大学尔湾分校忻获麟教授团队通过使用一种新的成分复杂（高熵）掺杂策略，研究成功的制造了一种具有极高热稳定性和循环稳定性的高镍、零钴层状正极。这项工作通过解决长期存在的高镍、零钴正极材料的安全性和稳定性问题，为安全、长寿命的锂离子电池提供了一种商业上可行的正极，以及一种抑制插层电极应变和相变的通用策略。

本文要点：

（1）研究者采用成分复杂（高熵）掺杂策略和典型的共沉淀法，制备了具有

零应变零钴的层状正极，LiNi_0.8Mn_0.13Ti_0.02Mg_0.02Nb_0.01Mo_0.02O₂ (HE-LNMO)。能量色散谱(EDS)映射图表明，高熵掺杂正极HE-LNMO中的所有过渡金属都均匀分布在颗粒内部。EDS定量分析表明，掺杂剂的原子比符合设计的LiNi_0.8Mn_0.13Ti_0.02Mg_0.02Nb_0.01Mo_0.02O₂。

（2）各项表征发现正极在较宽的电化学窗口内呈现几乎为零的体积变化，从而同时实现零应变和高容量。本研究工作旨在解决高镍、零钴正极材料长期存在的安全性和稳定性问题，为安全、长寿命锂离子电池提供商业上可行的正极，并提供了抑制插层电极应变和相变的通用策略。

参考文献：

Rui Zhang, Chunyang Wang, Peichao Zou, Ruoqian Lin, Lu Ma, Liang Yin, Tianyi Li, Wenqian Xu, Hao Jia, Qiuyan Li, Sami Sainio, Kim Kisslinger, Stephen E. Trask, Steven N. Ehrlich, Yang Yang, Andrew M. Kiss, Mingyuan Ge, Bryant J. Polzin, Sang Jun Lee, Wu Xu, Yang Ren and Huolin L. Xin Compositionally complex doping for zero-strain zero-cobalt layered cathodes

DOI：10.1038/s41586-022-05115-z

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05115-z