中国粉体网讯 高镍三元正极材料（Ni≥90%）由于具有较高的能量密度而受到了学术界和产业界的广泛研究。然而，其内部及表界面结构较差的稳定性严重阻碍了其产业化应用的进程。因此，整体设计和开发体相晶格及表界面协同调控策略是解决高镍正极材料高能量密度与长使用寿命和安全之间矛盾的重要手段。深入揭示晶格调控、表界面结构构筑及相关稳定机制，对提升高能量密度高镍三元正极材料的结构稳定性及促进其产业化应用的进程具有非常重要的意义。
近日，云南大学材料与能源学院（云南大学电镜中心）郭洪教授团队采用一步法合成了具有体相掺杂、亚表面超晶格和表面锂离子导体修饰的新型LiNi0.9Co0.09Mo0.01O2高镍正极材料，相关研究成果以“One-Step Calcination Realizing Bulk-Doped Surface-Modified Ni-Rich Cathodes with Superlattice for Long-Cycling LIBs”为题发表在国际期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。
针对传统体相掺杂及表界面包覆仍难以有效平衡高能量密度和高结构稳定性之间面临的严峻挑战，并结合前期的研究基础，郭洪教授团队通过一步法合成策略制备出了同时包含体相钛（Ti）掺杂、亚表面锂/镍（Li+/Ni2+）有序超晶格及表面包覆锂离子导体（Li2TiO3）的新型LiNi0.9Co0.09Mo0.01O2高镍三元正极材料。Ti掺杂提升材料内部金属-氧键键强和电子电导率的同时，可增大锂离子的迁移通道，有效提升正极材料的循环稳定性及倍率性能。Li+/Ni2+有序超晶格层可以防止正极材料脱锂后层状结构的坍塌，进一步提升结构的稳定性。而表面Li2TiO3锂离子导体包覆层不仅可以改善正极材料的空气稳定性、抑制电解液与正极活性材料之间的副反应，还可以提升锂离子在表界面的迁移动力学。三个方面的高效协同作用大大提升了该新型高镍正极材料的循环稳定性及倍率性能。
郭洪介绍，高价态元素掺杂形成的新型高镍正极材料，不但能很好地优化一次晶粒的形貌，还能构建结构稳定且不影响锂离子输运的超晶格层，进而很好地消除二次颗粒在充放电过程中于内部形成的微应力，优化锂离子的迁移路径，有效提高正极材料在充放电循环及热失控过程中的结构稳定性。
此外，这项工作首先采用了DFT理论计算方法全面分析并揭示了Ti、钼元素（Mo）及Li2TiO3锂离子导体包覆层的形成机制和在结构中的关键作用，同时采用原位XRD表征手段对材料运行过程中晶体结构的变化规律进行了深入研究，为高镍正极材料结构稳定机制提供基本的理解，并为其进一步实现产业化应用提供较好的技术保障。
参考资料：科技日报、新材料科讯、云南大学官网
（中国粉体网编辑整理/长安）
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