梯度多孔结构设计提升高镍层状氧化物正极材料高压循环稳定性
作者机构：华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室 清华大学深圳国际研究生院 深圳市下一代动力与储能电池关键技术工程研究中心 矿冶科技集团有限公司 北京工业大学材料科学与工程学院
出 版 物：《化学学报》 (Acta Chimica Sinica)
年 卷 期：2024年
核心收录：
学科分类：0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学]
基 金：国家自然科学基金(Nos.52302249 12304003 52072208 52261160384 22379085和52302278)资助
主 题：高镍层状氧化物 高电压 机械失效 梯度多孔结构 宽温度范围
摘 要：高镍层状氧化物(LiNixCoyMn1-x-yO2， x≥0.8， NCM)由于其具有较低的生产成本、较高的能量密度和工作电压， 是下一代高能量密度锂离子电池的重要正极材料. 然而， 由于锂化/去锂化时高镍正极材料内部应变累积和颗粒破裂， 导致其高压循环稳定性受二次颗粒机械失效的严重影响， 限制其大规模的应用. 本工作报道了一种简单的共沉淀合成方法， 成功地将梯度分布的孔结构引入到多晶NCM二次颗粒中， 可以有效地缓解NCM一次颗粒中各向异性带来的体积变化、抑制晶间裂纹和晶内裂纹， 同时减缓阻抗增加. 此梯度多孔结构的高镍NCM正极材料可以充电到4.5 V的高电压， 同时具有180.1 mAh·g-1（1 C， 25 ℃）的超高比容量， 在充放电循环300次后仍有87.6%的容量保持率. 而且， 该正极材料在－20～60 ℃的宽温度范围内， 都能表现出高的可逆容量和显著增强的循环稳定性. 这项研究表明， 梯度多孔结构设计能够有效均匀化应力分布， 有望解决高镍层状氧化物高压循环过程的结构不稳定性， 该方法简单可行， 易于大规模工业化.
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