通过相位、电子和阳离子的三重稳定化来提升高压中镍低钴层状氧化物正极的锂存储性能

《Inorganic Chemistry》：Triple Stabilization of Phase, Electron, and Cation to Enhance the Lithium Storage Performance of High-Voltage Medium-Ni, Low-Co Layered Oxide Cathodes

Y掺杂NCM阴极材料抑制体积变化和阳离子混染，提升高电压下循环寿命（90.7% 100次）和倍率性能（127mAh/g 5C），全电池500次循环后保持83.7%容量，能量密度达268Wh/kg。

　　

高电压、中镍低钴的层状氧化物正极具有高容量、低成本和高安全性的优点。然而，高电压会导致深度的氧化还原反应以及锂离子（Li⁺）的脱嵌；而低钴含量则会导致导电性下降和阳离子混合加剧，从而严重威胁电池的循环寿命和充电速度。本文采用一种独特的钇（Y）元素对LiNi_0.7Co_0.05Mn_0.25O₂（NCM和NCMY）正极进行改性。钇离子（Y³⁺）在锂层中起到支撑作用，有效抑制了电池体积的剧烈变化；强化的Y–O键合结构能够有效抑制氧气的释放。无未配对电子的钇离子（Y³⁺）还能防止有害的锂离子（Li⁺）与镍离子（Ni²⁺）之间的混合。这种在相结构、电子结构和阳离子结构上的多重稳定性改进显著提升了电池的整体层状结构以及电解质与电极之间的界面稳定性。在4.5伏的高电压下，NCMY正极表现出优异的循环稳定性（100次循环后的容量保持率为90.7%，而NCM为83.0%）和倍率性能（5C倍率下的容量为127 mAh g^–1，NCM为87 mAh g^–1）。采用NCMY正极与石墨组成的全电池在500次循环后仍能保持83.7%的容量，并具有268 Wh kg^–1的高能量密度。这种独特而全面的钇掺杂改性技术将有助于高电压、中镍低钴正极早日应用于实际生产中。