调控晶格氧含量提升无钴高镍正极材料循环稳定性与倍率性能

《Journal of Materials Chemistry A》：Controlling the lattice oxygen content regulates cycling stability and rate capability of Co-free ultrahigh-Ni cathodes

本研究针对无钴高镍层状正极材料（如LiNi0.95Mn0.05O2）中晶格氧（Oo）和氧空位（Ov）对电化学性能的影响机制展开探索。通过调控Oo含量优化材料结构有序性与锂离子（Li+）扩散动力学，实现在1 C下高达222.5 mA h g?1的放电容量，并在高倍率（10 C）下仍保持129.4 mA h g?1的容量。该策略为开发高容量、长循环寿命的锂离子电池正极材料提供了新思路。

　　

无钴（Co-free）且富镍（Ni-rich）的层状正极材料因高容量和低成本优势，成为锂离子电池研究热点。现有研究多关注充放电过程中晶格氧（lattice oxygen, O_o）和氧空位（oxygen vacancies, O_v）的动态变化，但其本征含量对电化学性能的影响尚不明确。本研究通过制备不同O_o含量的LiNi_0.95Mn_0.05O₂（NM95）正极，发现适度调控O_o可增强材料结构有序性，优化锂离子（Li⁺）扩散路径，从而抑制副反应并提升实际容量。在最佳O_o含量下，NM95在2.7-4.3 V电压区间内实现208.6 mA h g^?1（1 C）的放电容量，5 C和10 C高倍率下仍保持171.6 mA h g^?1和129.4 mA h g^?1。同时，O_v含量通过影响过渡金属-氧键（TM-O bonds）、Li⁺通道稳定性以及高电压下O_o的保持能力，进一步调控循环性能——优化后的NM95在100次循环后容量保持率高达87.1%（4.3 V截止电压）和84.3%（4.5 V截止电压）。研究表明，精准调控晶格氧含量是同步提升无钴高镍正极容量与循环寿命的有效策略。