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楊勇/歐星/趙文高Nature子刊: 高壓?jiǎn)尉Ц绘囌龢O中原位構(gòu)建無(wú)機(jī)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)

基于高鎳含量的LiNi_xCo_yMn_zO₂（NCM，x≥0.8，x+y+z=1）層狀正極材料的鋰離子電池具有較高的比能量密度。

然而，在長(zhǎng)時(shí)間的電池循環(huán)過(guò)程中，富含鎳的 NCM 正極會(huì)出現(xiàn)性能下降、機(jī)械和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。盡管使用單晶富鎳NCM 可以減輕這些缺點(diǎn)，但大單晶顆粒中的離子擴(kuò)散會(huì)降低其倍率性能。

在此，廈門大學(xué)楊勇教授、中南大學(xué)歐星副教授及瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（EMPA）趙文高等人設(shè)計(jì)了一種原位改性策略以在單晶NCM88（SC-NCM88）顆粒表面構(gòu)建鈉超離子導(dǎo)體型（NASICON）Li_1.4Y_0.4Ti_1.6PO₄ (LYTP) 層，形成連接活性粒子的均勻共形3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

LYTP 網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了SC-NCM88顆粒之間的鋰離子傳輸，減輕了機(jī)械不穩(wěn)定性并防止了有害的晶相轉(zhuǎn)變。

圖1. 軟包全電池的電化學(xué)性能

當(dāng)與鋰金屬負(fù)極結(jié)合使用時(shí)，基于含LYTP的SC-NCM88基正極的紐扣電池在 25°C 和2.75-4.4 V范圍內(nèi)以5 C速率循環(huán)500 次后仍可實(shí)現(xiàn)130 mAh g^-1的高容量。

在軟包鋰離子電池（石墨作負(fù)極）中的測(cè)試表明，含LYTP 的SC-NCM88正極在25°C及2.75-4.4 V 范圍內(nèi)以0.5 C速率1000 次循環(huán)后容量保持率為85% 。這項(xiàng)研究為開(kāi)發(fā)可在惡劣條件和實(shí)際面容量下工作的高能量密度單晶富鎳NCM正極提供了指導(dǎo)。

圖2. 電池循環(huán)過(guò)程中相變研究

In situ inorganic conductive network formation in high-voltage single-crystal Ni-rich cathodes, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-25611-6

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