用于动力学控制合成抗裂锂钴氧化物（LiCoO2）正极的前驱体工程

《Advanced Sustainable Systems》：Precursor Engineering for Kinetically Controlled Synthesis of Crack-Resistant LiCoO2 Cathodes

锂离子电池层状正极材料LCO的中长期稳定性受晶内裂纹影响，传统合成方法导致多晶颗粒内部晶界成为应力集中点。通过将Co(OH)2前驱体转化为Co2N0.67氮化物，调控固态反应动力学，促进真单晶颗粒生长，减少晶界，有效缓解机械应力，提升循环稳定性和速率能力。

　　

摘要

锂离子电池层状正极材料中的晶内裂纹是一种关键但尚未被充分理解的降解机制，它严重限制了这些材料的长期稳定性。传统的合成方法通常会产生多晶一次颗粒，这些颗粒内部的晶界会成为应力集中点，从而导致机械失效。在本研究中，我们以LiCoO₂（LCO）作为模型体系，引入了一种新的前驱体工程策略，通过控制一次颗粒的结晶度来抑制晶内裂纹。通过将传统的Co(OH)₂前驱体转化为阴离子交换后的Co₂N_0.67氮化物，我们成功调节了LCO合成的固态反应动力学。这种氮化物介导的路径使得反应速度变慢且更加可控，促进了无内部晶界的“真正单晶”一次颗粒的生长。因此，经过工程处理的LCO表现出更好的长期循环稳定性和倍率性能，这归因于有效缓解了机械应力和微裂纹的形成。这项工作确立了前驱体工程作为一种强大且可扩展的设计原则，用于开发具有优异机械性能的高能量层状正极，以应用于下一代储能系统。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。