Nature：钙钛矿相稳定的富镍正极

湘湘

2022-11-03

使用最先进的富镍层状氧化物(LiNi_xCo_yMn_1−x−yO₂，x > 0.5)作为锂离子电池的正极材料，可以将能量和功率密度提高到比目前更高的水平。然而，与锂（脱）嵌入过程中产生的各向异性晶格应变和应力相关的体积变化会导致严重的结构不稳定性和正极材料的电化学衰减，当电池在高电压(高于4.5 V)下运行时，这种情况会进一步放大。虽然目前进行了大量研究工作，然而用于直接减轻晶格应变的连续累积的内在应变阻滞方法仍然难以捉摸。

浙江大学陆俊和吴天品等通过将钙钛矿相引入层状结构，利用钉扎效应显著减轻了有害的结构演变。

本文要点：

（1）

作者通过在富镍层状结构中引入钙钛矿相来展示应变阻滞策略。由于其结构相容性，钙钛矿相可以一致地生长成层状结构。由于电化学非活性应变阻滞相的大的相变能垒，这种内聚结构可以维持机械化学稳定性的坚固基质。通过这种方法，可以极大地抑制层状氧化物中的固有晶格应变，这导致持久的结构和形态稳定性，防止副反应和不可逆的相变延伸到整体颗粒中。

（2）

因此，这种稳定的材料表现出优异的电化学性能，尤其是长期循环稳定性，即使在4.6 V的非常高的截止电压下(在1C循环的电流倍率下超过200次循环的令人印象深刻的94.7%容量保持率)。这种新的应变延迟方法可以拓宽实现可应用于先进高能电池系统的高度稳定晶体结构的前景。

参考文献:

Wang, L., Liu, T., Wu, T. et al. Strain-retardant coherent perovskite phase stabilized Ni-rich cathode. Nature 611, 61–67 (2022).

DOI: 10.1038/s41586-022-05238-3

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05238-3