晶面堆叠耦合加速单晶富镍正极合成过程中的晶粒生长

为解决单晶富镍正极制备中晶粒生长与离子迁移的关联机制问题，研究人员系统探究了初级粒子尺寸、晶面暴露及堆叠构型对晶粒融合的影响。研究发现低{010}晶面暴露、高[001]取向堆叠的纳米片可降低锂嵌入活性、填充晶界间隙并降低(003)面离子迁移能垒，从而加速晶粒生长并改善颗粒分散性，为高性能正极材料设计提供了新思路。

　　

晶粒生长过程中的离子迁移行为是制备高性能单晶富镍正极（Ni-rich cathodes）的关键科学问题，而初级粒子的特性对此过程具有决定性影响。最新研究揭示了晶面堆叠构型对晶粒融合的调控机制：当材料中{010}晶面暴露较少且纳米片呈[001]取向堆叠时，会产生三重协同效应——低活性晶面减少锂离子（Li⁺）嵌入、熔盐（molten salt）填充晶界间隙增强界面接触、氧配位离域作用显著降低(003)晶面的离子迁移能垒。这种晶面-堆叠耦合效应（facet-stacking coupling）不仅加速了晶粒生长动力学，还改善了颗粒分散性，为设计高能量密度、长循环寿命的正极材料提供了全新理论依据。研究还特别指出，氧原子配位环境的变化会引发电子云重排，使得过渡金属层（TM layer）与氧层（O layer）的相互作用能降低，从而形成更通畅的锂离子传输通道。