晶界工程技术能够实现高压LiCoO2正极的稳定性

《Tungsten》：Grain boundary engineering enables stable high-voltage LiCoO2 cathodes

锂离子电池高电压正极材料LiCoO?通过晶界工程修饰提升稳定性，抑制相变并保持锂离子扩散动力学，实现200次循环84.4%容量保持率。

　　

摘要

提高LiCoO₂（LCO）正极的上限电压是一种有效提升锂离子电池（LIBs）能量密度的策略；然而，这也会加剧结构退化。传统的掺杂方法使用高质量、低扩散性的元素，往往会降低晶体生长速率，导致生成多晶次级颗粒，从而影响电池性能。在这项研究中，提出了一种创新的晶界工程方法，利用Li₂WO₄（LWO）作为改性剂来稳定高压LCO（W@LCO）。在退火过程中，WO₃转变为高导电性的LWO，并被战略性地分布在晶界处，充当提高性能的“桥梁”。这种改性方法带来了三个关键优势：（1）有效抑制了高压下不可逆的O3到H1-3相变；（2）显著提高了钴（Co）的价态稳定性；（3）在长时间循环使用中保持了快速的Li⁺扩散速率。因此，优化后的W@LCO正极表现出优异的电化学性能，在200次循环后仍能保持158.9 mAh·g^?1的容量（容量保持率为84.4%，电流为1C）。这种晶界富集策略为设计耐用的高压层状正极提供了新的范例，为高能量密度LIBs的研究提供了重要见解。

图形摘要

提高LiCoO₂（LCO）正极的上限电压是一种有效提升锂离子电池（LIBs）能量密度的策略；然而，这也会加剧结构退化。传统的掺杂方法使用高质量、低扩散性的元素，往往会降低晶体生长速率，导致生成多晶次级颗粒，从而影响电池性能。在这项研究中，提出了一种创新的晶界工程方法，利用Li₂WO₄（LWO）作为改性剂来稳定高压LCO（W@LCO）。在退火过程中，WO₃转变为高导电性的LWO，并被战略性地分布在晶界处，充当提高性能的“桥梁”。这种改性方法带来了三个关键优势：（1）有效抑制了高压下不可逆的O3到H1-3相变；（2）显著提高了钴（Co）的价态稳定性；（3）在长时间循环使用中保持了快速的Li⁺扩散速率。因此，优化后的W@LCO正极表现出优异的电化学性能，在200次循环后仍能保持158.9 mAh·g^?1的容量（容量保持率为84.4%，电流为1C）。这种晶界富集策略为设计耐用的高压层状正极提供了新的范例，为高能量密度LIBs的研究提供了重要见解。

图形摘要