港城大刘奇Nano Lett.: 自发应变缓冲实现超稳定循环的单晶富镍NCM正极

富Ni氧化物NCM（X ≥0.8）被认为是用于高能量锂离子电池（LIBs）的理想候选。高Ni含量可通过二电子Ni^2+/4+氧化还原对提高容量，同时替代高价Co而降低成本，但源于剧烈的表面反应和多晶颗粒中的晶间裂纹的容量衰减阻碍了其实际应用。

在此，香港城市大学刘奇教授等人报道了一种具有高容量和高循环稳定性的富镍LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂（SC-N83）单晶正极。这种SC-N83正极是在共沉淀前驱体上采用优化的两阶段煅烧工艺制备的，形成单晶的关键步骤是在两阶段煅烧之间引入球磨过程，在随后的高温处理中粉碎团聚颗粒以生长均匀的单晶。

与循环多晶类似物 (PC-N83) 相比，它可以提供高比容量（~209 mAh g^-1@0.1 C, 2.8~4.3 V），同时显示出优异的循环稳定性（100个循环容量保持率>96%，200个循环容量保持率>93%）。

图1. SC-83和PC-N83电极的电化学性能

研究表明，由于减少了比表面积和消除了晶界，SC-N83颗粒在长期循环中可以保持坚固的形态完整性。此外，单晶中独特的Li-(脱)插层动力学可以在高电压H3晶格的H1~H2跃迁和多层间距之间触发中间单斜相，这得到了原位XRD和原位对分布函数（PDF）表征的证实。

这些结构变化可以看作是SC-N83颗粒之间的附加应变缓冲，保证了SC-N83的高循环稳定性。这项研究突出了SC-N83正极的合成优势即简单和易扩展，为更低功耗的汽车应用带来了巨大的希望。

图2. 原位同步加速器XRD分析

Spontaneous Strain Buffer Enables Superior Cycling Stability in Single-Crystal Nickel-Rich NCM Cathode, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03613

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港城大刘奇Nano Lett.: 自发应变缓冲实现超稳定循环的单晶富镍NCM正极

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