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李春忠/江浩ACS Nano：各向同性微應(yīng)變弛豫的富鎳正極用于長循環(huán)鋰離子電池

開發(fā)各向同性主導(dǎo)的微應(yīng)變弛豫是提高高能量密度富鎳正極循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性的重要一步。

在此，華東理工大學(xué)李春忠教授，江浩教授團(tuán)隊采用微結(jié)構(gòu)工程策略，僅通過調(diào)節(jié)陽離子的沉淀速率和流場分布來合成拉長的初級粒子徑向排列的富鎳正極，所獲得的正極還表現(xiàn)出擴(kuò)大的晶格距離和高度暴露的（003）晶面。

初級粒子的高長徑比和有利的原子排列不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各向同性應(yīng)變弛豫，有效抑制微裂紋的形成和擴(kuò)展；而且有利于鋰離子擴(kuò)散，大大減少Li/Ni混合。因此，與傳統(tǒng)同類產(chǎn)品相比，該材料表現(xiàn)出高倍率、長循環(huán)壽命以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

圖1. NCM811的微觀結(jié)構(gòu)工程、理論指導(dǎo)和實驗結(jié)果

總之，該工作通過調(diào)節(jié)陽離子沉淀速率和流場分布，提出了一種微結(jié)構(gòu)工程策略。制備的r-NCM811在初始庫侖效率、高倍率性能、長循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的同行，通過同樣的改進(jìn)，Al-r-NCM 811在10C時仍表現(xiàn)出133mAhg^-1的高倍率性能，300次循環(huán)后容量保持率為97.8%，而Al-C-NCM811為118mAhg^-1和81.0%。

即使在1.5Ah軟包全電池中，Al-r-NCM811在1C下的容量保持率為90.1%，在3.0-4.3V范圍內(nèi)循環(huán)1500次后，容量保持率為84.3%。因此，基于各向同性微應(yīng)變弛豫以及持久的晶體和界面穩(wěn)定性，這一戰(zhàn)略可擴(kuò)展到其他層狀氧化物正極的合成與各向同性的應(yīng)變分布以實現(xiàn)特殊的循環(huán)壽命。

圖2. 電池性能

Isotropic Microstrain Relaxation in Ni-Rich Cathodes for Long Cycling Lithium Ion Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c04773

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