干法包覆与自燃反应协同策略去除富镍氧化物正极锂残留并提升电化学性能

本研究针对Ni-rich层状氧化物正极材料表面LiOH/Li2 CO3 杂质导致的容量衰减问题，创新性提出干法Al2 O3 包覆与自燃反应协同策略。通过300°C低温放热反应（23,802 kJ/kg）高效去除杂质并原位生成LiAlO2 保护层，使半电池/全电池容量保持率提升至83.7%/70.2%，为LIBs正极大规模生产提供新思路。

　　

随着电动汽车和便携式电子设备的普及，锂离子电池（LIBs）已成为现代能源存储的核心。其中，镍含量超过80%的富镍层状氧化物正极（如LiNi_0.83
Co_0.08
Mn_0.09
O₂
，简称NCM）因其高理论容量和电压备受关注。然而，这类材料表面残留的LiOH和Li₂
CO₃
杂质如同"隐形杀手"，不仅引发电解液副反应，还导致容量快速衰减。更棘手的是，传统湿法清洗会破坏晶体结构，而高温包覆（>700°C）又可能造成Li⁺
/Ni²⁺
阳离子混排，这些问题严重制约着高能量密度电池的商业化进程。

为破解这一难题，研究人员开展了一项突破性研究。他们巧妙利用Al(NO₃
)₃
·9H₂
O与尿素的自燃反应特性，在450°C低温下瞬间释放23,802 kJ/kg能量——这相当于传统方法所需热量的4倍。这种"化学闪电战"不仅能高效分解顽固的Li₂
CO₃
（通常需900°C），还能将释放的锂离子就地转化为具有离子导电性的LiAlO₂
保护层，实现"除垢"与"镀膜"一步完成。

研究团队采用TGA/DTA分析反应路径，通过XRD和SEM表征材料结构，并系统测试了半电池和全电池性能。在"Preparation of the LiAlO₂
-coated Ni-rich oxide particles"部分，热分析显示自燃反应在300°C产生剧烈放热峰，同步完成AlOOH向γ-Al₂
O₃
的转化。

"Results and Discussion"部分揭示了三大发现：首先，反应生成的纳米级γ-Al₂
O₃
能均匀包覆颗粒表面；其次，残余锂含量从1.49%骤降至0.21%；最重要的是形成的LiAlO₂
层具有超快Li⁺
传导能力，使改性材料在1C倍率下循环100次后仍保持83.7%容量，远超未处理样品的68.3%。

"Conclusion"部分指出，这种干法包覆技术兼具低温（450°C）、快速（<1小时）和可放大生产三大优势。特别值得注意的是，处理后的正极在石墨|NCM811全电池体系中展现出70.2%的容量保持率，这对电动汽车电池的实际应用具有重要价值。该研究发表于《Journal of Electroanalytical Chemistry》，为LIBs正极制造提供了新范式——通过精准调控放热化学反应，既能"打扫战场"清除杂质，又能"修筑工事"构建稳定界面，这种"一石二鸟"的策略或将加速高镍正极的产业化进程。