近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組研究員吳忠?guī)泩F隊和北京大學(xué)深圳研究生院潘鋒教授團隊合作，提出了一種普適性的高容量富鋰正極材料的貧鋰態(tài)缺陷調(diào)控新策略，能夠有效穩(wěn)定3d過渡金屬層間無序，極大地提高了富鋰材料的初始庫侖效率和穩(wěn)定性。
大連化物所提出高比容量富鋰正極材料性能調(diào)控新策略
開發(fā)高性能鋰電池技術(shù)對于從消費電子產(chǎn)品到電動汽車等應(yīng)用的進步至關(guān)重要。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，鋰電池正極材料需要進一步改進，以實現(xiàn)更長的使用壽命、更低的生產(chǎn)成本、更好的安全性等。由于成本低、資源豐富、比容量高（>250mAh/g）等優(yōu)勢，無鈷富鋰層狀3d-過渡金屬氧化物被認為是發(fā)展下一代高比能鋰電池的極具潛力的正極材料，并受到廣泛關(guān)注。然而，它們表現(xiàn)出較差的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致低的初始庫侖效率和有限的循環(huán)性能。
本工作中，合作研究團隊提出了一種普適性的富鋰材料的貧鋰態(tài)缺陷調(diào)控新策略，通過煅燒介質(zhì)誘導(dǎo)表面腐蝕富鋰材料，獲得了貧鋰態(tài)富鋰正極，顯著提高了無鈷富鋰正極材料的初始庫侖效率和循環(huán)性能。該貧鋰態(tài)富鋰正極的容量表現(xiàn)為272mAh/g，初始效率為84.5%，200次循環(huán)后容量保持率為82.0%。多種原位和非原位表征技術(shù)揭示，適當(dāng)?shù)匿嚀p耗有助于調(diào)節(jié)3d-過渡金屬層間無序，使其具有良好的結(jié)構(gòu)可逆性。理論模擬表明，當(dāng)3d過渡金屬層有更多的Ni臨近擴散的Li+，層間無序程度越低時，含Li缺陷的晶體結(jié)構(gòu)具有較低Li擴散能壘。在含鈷富鋰正極中獲得的類似結(jié)果進一步證明了這種簡單的煅燒介質(zhì)誘導(dǎo)表面腐蝕策略的普適性，顯示出重要的性能改進潛力和適用性。
相關(guān)研究成果以“Regulation of 3d-Transition Metal Interlayered Disorder by Appropriate Lithium Depletion for Li-Rich Layered Oxide with Remarkably Enhanced Initial Coulombic Efficiency and Stability”為題，發(fā)表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等項目的資助。
