AFM：用于高能量密度锂离子电池的硼化钨稳定单晶 LiNi0.83Co0.07Mn0.1O2 正极

LiNixCoyMn1-x-yO₂（x≥0.8，表示为NCM），具有更高的工作电压和能量密度，并且比LiCoO₂ 成本低。目前，大多数商用NCM正极都是由纳米颗粒团聚而成的多晶粉末制成。尽管多晶NCM粉末允许液体电解质渗透到其内部结构中，从而增加了反应位点的数量，但它们在长期循环过程中容易出现明显的容量衰减和安全问题。与多晶NCM相比，具有单晶一次粒子的单晶NCM（SNCM）已被证明是解决多晶NCM所面临问题的潜在方案。

然而，SNCM的一个缺点是Li+ 扩散途径延长，造成Li+ 的不均匀分布、在高电压或高电流密度下长期循环后，最终导致μm级初级粒子内部出现裂缝。更重要的是，在高脱锂状态下循环时，NCM经历了从第二六方结构（H₂）到第三六方结构（H₃）的不可逆相变，导致晶格突然收缩，产生纳米裂纹。

在此，华南理工大学杨成浩、南卡罗来纳州哥伦比亚大学Kevin Huang等团队报告了一种掺有硼化钨（WB）的单晶LiNi_0.83Co_0.07Mn_0.1O₂ （SNCM）正极，有效地解决了这些缺点。

原位/非原位显微镜和光谱学证据表明，B³⁺ 进入SNCM的主体，扩大了层间间距，从而促进了Li⁺的扩散，而W³⁺ 形成了由LixWyOz （LWO）和LixByOz （LBO）组成的无定形表面层，这有助于构建坚固的正极-电解质界面（CEI）薄膜。

图1. 原位XRD表征及相应的充放电曲线

总之，通过简单的球磨和固态反应方法合成了WB掺杂的单晶LiNi_0.83Co_0.07Mn_0.1O₂ （SNCM）正极。实验和理论数据都表明B进入体层，扩大了层间间距，而W聚集在表面形成LWO/LBO层来保护正极。

在所有研究的WB含量中，0.6wt.%的WB掺杂的SNCM表现出最好的速率容量、循环保持和结构稳定性。它在5C条件下的放电容量为164 mAh g⁻¹ ，同时在1C条件下，在2.7-4.3 V的电压范围内的200次循环中保持了92.3%的卓越容量保持率。

优异的性能归因于以下原因：i) B掺杂扩大了层间间距，并创造了更强的B-O键，以达到更稳定的结构，这些都将抑制体积变化的H₂到H₃相变，减少氧空位，降低Li+/Ni2+ 阳离子混合，并改善Li+ 的扩散系数。ii) 非晶态混合LWO-LBO表面层有利于形成更薄的CEI层，从而形成坚固的电极和电解质界面，抑制寄生反应和裂缝的产生。

图2. Bare SNCM和WB0.6-SNCM在1C下100次循环后的形态和结构演变

Tungsten Boride Stabilized Single-Crystal LiNi0.83Co0.07Mn0.1O2 Cathode for High Energy Density Lithium-Ion Batteries: Performance and Mechanisms, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202301336

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AFM：用于高能量密度锂离子电池的硼化钨稳定单晶 LiNi0.83Co0.07Mn0.1O2 正极

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