高镍阴极热诱导降解途径的可视化研究：固态氯化物与液态电解质中的对比分析

《Advanced Materials》：Visualization of Thermal-Induced Degradation Pathways of High-Ni Cathode: a Comparative Study in Solid Chloride and Liquid Electrolytes

镍-rich层状氧化物正极材料在固态和液态电解质中呈现相反的热降解路径，固态从核心到表面，液态从表面到核心，与镍原子局部结构混乱及氧流失削弱Ni-O键相关，降解程度与颗粒尺寸相关，固态电解质有效稳定小颗粒，揭示了电解质化学对热稳定性的关键作用。

　　

摘要

富含镍的层状氧化物正极是提高锂离子电池能量密度的有希望的候选材料。然而，较高的能量密度会导致严重的氧气释放、较差的热稳定性和安全风险，因为放热副反应会在高温下引发复杂的结构和化学变化。本文采用原位加热扫描透射X射线显微镜（STXM）-层析成像技术，直接研究了在固态氯化物和液态电解质中带电LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的热降解过程。研究发现，其降解机制存在显著差异：在固态电解质中，氧气释放和镍的还原从电池核心向表面进行；而在液态电解质中，降解过程则从表面向核心方向进行。这些现象与镍原子周围的局部结构无序密切相关，因为氧气释放会直接削弱镍-氧键合，从而促进镍的还原并加速高温下的晶格不稳定性。此外，降解程度与颗粒大小有关，固态电解质能够有效稳定较小的颗粒。这些结果揭示了热降解过程中的强烈空间异质性，并突显了电解质化学性质在决定电池热稳定性方面的关键作用。我们的研究为了解富含镍的正极在热应力下的结构和化学演变提供了新的见解，为设计更安全、高性能的锂离子电池提供了宝贵的指导。

图形摘要

富含镍的层状氧化物正极在高温下面临氧气释放和热不稳定等问题。原位加热STXM-层析成像技术显示，在固态电解质中降解过程是从核心向表面进行，而在液态电解质中则是从表面向核心进行。降解程度与颗粒大小相关，固态电解质能够稳定较小的颗粒。这些发现强调了电解质化学性质对电池热稳定性和安全性的重要性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。