用于高功率和高能量锂离子电池的2D磷烯修饰富镍层状负极

《Advanced Functional Materials》：2D Phosphorene-Decorated Ni-Rich Layered Cathodes for High-Power and High-Energy Li-Ion Batteries

采用电化学剥离法制备的2D磷烯修饰NCM811阴极，在18 mg/cm2高负载和1%碳含量下，实现30 mA/g电流下209.7 mAh/g放电容量，500 mA/g下保持183.2 mAh/g，功率提升，循环100次后容量保持82.7%，优于未修饰和磷酸修饰版本。Operando XRD和TEM证实2DP有效抑制结构退化，为高能高功率锂电池阴极提供表面工程新策略。

　　

摘要

为了满足高能量锂离子电池（LIBs）的需求，正极材料必须在不牺牲倍率性能或循环稳定性的前提下实现高质量负载和低碳含量。然而，传统表面涂层的固有低电子导电性限制了其在高质量负载和低碳含量条件下的有效性。本文提出了一种表面改性策略，利用从黑磷电化学剥离得到的导电且化学稳定的二维磷烯（2DP）来改性Li[Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1]O₂（NCM811）正极的表面。经过2DP改性的NCM811（2DP-NCM811）在30 mA g^?1的电流下具有209.7 mAh g^?1的高放电容量，并在500 mA g^?1的电流下仍保持183.2 mAh g^?1的容量（实际条件为：正极负载18 mg cm^?2，含碳量1 wt.%）。与未经改性和磷酸盐改性的正极相比，2DP-NCM811表现出更强的功率性能。此外，其在100次循环后的容量保持率为82.7%，优于未经改性的NCM811（73.8%）和磷酸盐改性的NCM811（80.1%）。原位X射线衍射和体外透射电子显微镜实验确认，2DP的应用有效抑制了结构退化。本研究展示了一种表面工程策略，通过整合导电且化学稳定的二维材料，同时解决了结构不稳定性和电子传输限制问题，为开发高性能锂离子电池正极提供了可行的途径。

图形摘要

在Li[Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1]O₂正极表面涂覆一层二维磷烯纳米片，以提高其在高质量负载和低碳含量条件下的快速充放电性能和结构稳定性。结果表明，该改性正极具有更好的功率性能、循环稳定性以及更低的结构退化程度，为高功率和高能量锂离子电池的研发提供了有前景的解决方案。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。