李春忠/江浩AM: 富镍正极的应变工程，实现软包全电池的优异循环

富镍层状氧化物处于高能锂离子电池发展的最前沿，但其广泛应用因容量下降和热不稳定性而受到阻碍。

在此，华东理工大学李春忠教授、江浩教授等人实施原位共沉淀策略以实现新型超分散掺杂Nb的富镍正极（d-NCNb），其由具有增加的氧稳定{001}面的细长且径向排列的初级颗粒组成。富镍正极中的Nb掺杂有助于诱导一次颗粒的定向生长，在高温锂化过程中形成径向排列的二次微球。这种微观结构被认为可大大提高富镍正极的循环稳定性，因为它可抑制晶间微裂纹和有害的副反应。

与常规Nb掺杂的富镍正极（c-NCNb1）相比，所得的d-NCNb1在0.1 C下具有229.0 mAh g^-1的高可逆比容量，且在5 C时容量可保持在169.1 mAh g^-1。当在高温（55℃）或高倍率（5C）下运行100次循环时，d-NCNb1仍分别提供了95.1%和97.1%的优异容量保持率，远高于c-NCNb1（90.4%和89.8%）。

图1. c-NCNb与d-NCNb的结构演示及表征

进一步，在采用MCMB石墨负极组装的软包全电池中，在3.0~4.2 V范围内，d-NCNb1在1 C下循环500次后的容量保持率为91.9%，在5 C时循环2000次后的容量保持率为80.5%，可适应电动汽车的轻量化和智能化。研究表明，这种特殊的长期循环稳定性主要是由于径向致密的微观组织使晶内和晶间应变分布均匀，从而极大地抑制了微裂纹的形成、扩展及表面降解。

此外，有限元分析结果与不同充放电状态下的实验结果吻合较好。同时，TM层八面体位置的超分散Nb掺杂抑制了Li/Ni无序和晶格氧逸出，进一步增强了晶体结构和热稳定性。总之，这项工作为实现高能量密度和长寿命锂离子电池的超分散杂原子掺杂及初级颗粒的定向生长和紧密填充提供了一种原位策略。

图2. c-NCNb1与d-NCNb1的电化学性能对比

Strain engineering of Ni-rich cathode enables exceptional cyclability in pouch-type full cells, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202209357

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李春忠/江浩AM: 富镍正极的应变工程，实现软包全电池的优异循环

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