原位三维导电网络与界面结合技术用于稳定单晶富镍正极中的氧空位

《Advanced Materials》：In Situ 3D Conductive Networks and Interfacial Bonding to Stabilize Oxygen Vacancies for Single-Crystal Ni-Rich Cathodes

单晶镍富锂正极材料SCNCM因循环中相变和结构变形导致性能衰减。通过原位构建LASTP三维导电网络，在(003)晶面形成Sc-O和Al-O键，稳定氧空位并抑制氧析出，增强界面结构完整性，有效缓解相变及晶格变形。实验结合DFT计算、BEVL网络分析和COMSOL模拟验证了该策略，半电池在50℃、2.8-4.4V下循环800次容量保持率79.1%，全电池循环1900次后容量保持83.7%。

　　

摘要

单晶富镍锂镍钴锰氧化物（LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，x ≥ 0.9，简称SCNCM）因其高能量密度和稳定的晶体结构而成为锂离子电池中极具前景的正极材料。然而，严重的相变会导致电池性能下降和长期循环过程中的机械不稳定性。为了解决这些问题，本文提出了一种均匀液膜策略，在SCNCM的（003）界面原位构建了三维的Li_1.3Al_0.1Sc_0.2Ti_1.7(PO₄)₃（LASTP）导电网络。该网络通过Sc─O和Al─O键在SCNCM颗粒与LASTP之间建立了界面结合。LASTP框架促进了锂离子的快速传导，同时Sc─O和Al─O键稳定了氧空位，从而抑制了氧的释放并增强了界面结构的完整性。这有效缓解了不可逆的相变（尤其是O3向O1的转变）以及晶格变形。通过实验研究、密度泛函理论（DFT）计算、BEVL网络分析和COMSOL仿真相结合的方法，证明了这种三维网络方法的可行性和有效性。结果表明，这种电池在1900次循环后仍能保持83.7%的容量（在2.8–4.25 V电压下，1200次循环后容量为85.8%）；此外，在50°C、2.8–4.4 V电压下，800次循环后电池的容量保留率为79.1%，同时放电容量达到161.9 mAh g^?1。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。