ACS Energy Lett.：LiNiO2在固态电池中的循环性能和局限性

固态电池(SSB)被视为电化学储能的下一个重要里程碑，可提高安全性并实现更高的能量密度。LiNiO₂(LNO)长期以来一直被认为是一种很有前景的正极材料。然而，由于稳定性问题，包括对电解液成分的反应性，其商业实施变得复杂。

德国卡尔斯鲁厄理工学院Yuan Ma、Torsten Brezesinski等人首次提出了一项详细研究，该研究结合银矿石Li₆PS₅Cl固态电解质（SE）和Li₄Ti₅O₁₂负极，以探讨颗粒堆叠SSB电池中LNO的电化学行为。

具体而言，裸LNO在0.2 C和 45°C下循环60次后可提供105 mAh/gLNO的比放电容量，并显示出合理的倍率性能（在1.0 C下约为60 mAh/gLNO）。然而，与基于液态电解液的锂离子电池相比，固态环境中的LNO显示出低得多的首次循环库仑效率（可逆性）。

图1 LNO-SSB和LNO-LIB在0.2 C和 45°C下的性能

根据XRD、原位微分电化学质谱（DEMS）、XPS、EIS 和电子显微镜结果，作者发现容量损失是由于多个问题造成的：

（i）循环过程中LNO体积变化引起的机械降解；

（ii）产气（尤其是高荷电状态下的晶格氧损失）对材料特性造成不可逆的变化；

(iii)SE降解并伴随着正极活性物质（CAM）/SE界面处钝化副产物的积累。这些发现强调了SSB中有害副反应、气体和化学机械过程的关键相关性。

钝化层的形成被证明是性能下降的主要原因。进一步，通过用LiNbO₃保护层对 CAM进行表面涂层，能够显着提高电池的循环性能。

这项研究表明，LNO在 SSB 应用方面具有巨大潜力，对表面化学和/或循环协议的进一步修改是提高其循环性能和稳定性的关键。这些发现也与其他层状富镍氧化物系统具有普遍相关性，并可能指导未来研究它们在SSB电池中的应用。

图2 SSB电池中LNO CAM的结构演变

Cycling Performance and Limitations of LiNiO2 in Solid-State Batteries. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01447

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