祝賀呂博士Advanced Functional Materials 接受-上大/清華AFM：銻摻雜實現(xiàn)LiNi0.91Co0.06Al0.03O2 正極徑向排列微結(jié)構(gòu)
上大/清華AFM：銻摻雜實現(xiàn)LiNi0.91Co0.06Al0.03O2 正極徑向排列微結(jié)構(gòu):
鎳含量大于90%的富鎳層狀氧化物正極材料因其顯著的比容量和成本效益而被認(rèn)為是鋰離子電池（LIBs）極具前景的候選材料。然而，在高電壓下由結(jié)構(gòu)坍塌和與電解質(zhì)界面不穩(wěn)定性引起的容量下降極大地阻礙了其實際應(yīng)用。在此，上海大學(xué)張久俊，清華大學(xué)曹譯丹，呂姚博士、黃士飛助理研究員等人提出了一種銻（Sb）摻雜LiNi0.91Co0.06Al0.03O2（Sb‐NCA 91）正極，其中Sb摻雜改變了初級顆粒的形態(tài)并實現(xiàn)了徑向排列的微結(jié)構(gòu)。具體而言，該種獨特的微觀結(jié)構(gòu)可以分散由高相變引起的各向異性機械應(yīng)力，減輕高電壓和低溫循環(huán)過程中初級顆粒的收縮和膨脹，從而抑制微裂紋的形成和結(jié)構(gòu)劣化。因此，Sb改性正極在25°C下以2.7–4.5V電壓1C條件下循環(huán)200次后，仍具有84%的優(yōu)異容量保持率，而原始NCA91正極僅保持約79%。此外，該電池在-20°C條件下100次循環(huán)后的容量保持率從約61%（NCA91）顯著提高至約88%（Sb‐NCA91）。
該工作采用高溫固相法成功合成了銻摻雜富鎳正極。其中，摻雜Sb的NCA91正極獨特的微觀結(jié)構(gòu)可以分散H2-H3相變引起的各向異性機械應(yīng)力，降低初級顆粒在高壓和低溫循環(huán)中的收縮和膨脹，從而抑制微裂紋的形成和結(jié)構(gòu)惡化。同時，緊密排列的徑向結(jié)構(gòu)允許快速離子在二次粒子中的輸運，有效地提高電池的倍率性能和低溫性能。因此，該工作為實現(xiàn)富鎳正極在高電壓和低溫鋰電池的應(yīng)用提供了一種有效的解決方案。