究诘布景
现在，Li[NixCoy(Al or Mn)1-x-y]O2 (Al = NCA or Mn = NCM）等富镍层状氧化物（NRLO）正极因其表边幅量高、职责电压高而被等闲开采并应用于电动汽车。然则，商用 NRLO的能量密度仍不及以舒适策画比能量（> 800 Wh·kg-1）。为了在不殉难轮回性能的情况下提高NRLO的容量，通过引入高价元素（举例Ti4+、W6+、Mo6+、Ta5+、Sb5+和Nb5+）来修饰微不雅结构已被证明是一种很有出路的步调。然则，这种容量翻新气候的机制尚未被报说念，同期，通过引入高价元素来主管NRLO的微不雅结构以达到高比能量密度的合理调节仍然具有挑战性。
斥逐简介
清华大学深圳国外究诘生院李宝华教育团队初度揭示了特定微不雅结构（即相干尖晶石孪晶边界）的变成是提高 NRLOs 容量的主要因素。当作示范模子，该究诘在镍钴锰酸锂（LiNi0.83Co0.07Mn0.1O2）中引入W（W-Ni83），以调节NRLO的微纳米结构。所开采的W-Ni83在第一个周期暴露出昭彰的放电容量培植，约为14 mAh·g-1。通过HAADF-STEM表征，W-Ni83暴露了体相中相干尖晶石孪生边界的邃密微不雅结构，这极地面促进了Li+传输能源学。表面建模和电化学究诘进一步阐明，这种孪晶边界的存在极地面促进了Li+在体相结构深处的镶嵌/脱嵌，从而提高了容量。除了对NRLO体积进行改性外，W 的引入还在一级和二级W-Ni83颗粒名义构建了高超的LiWxOy涂层层，从而灵验保护电极免受电解液副反馈的影响，延迟了轮回寿命。该职责为同期提高NRLOs容量和寿命的微结构设政策略和机理提供了启示。
有关著述以“Unraveling mechanism for microstructure engineering toward high-capacity nickel-rich cathode materials” 为题发表在Advanced Materials上。清华大学深圳究诘生院王自立、周栋和北京工业大学章立寒为共同通信作家。
365站群图文导读
图1. NRLO的容量增强气候。
如图1a 所示，在第一个轮回中仅掺杂0.5-1%摩尔过渡金属（TM）元素（如Sb5+、Mo6+和W6+）即可已毕约5-10 mAh·g-1的NRLOs的比容量增多。此外，与Ni83比拟，W-Ni83-1.5提供了约14 mAh·g-1的迥殊容量（图1b）。通过20组充放电容量数据进一步考据了容量增多的气候（图1c）。与Ni83比拟，W-Ni83-1.5的充放电容量增幅最大，区别达到10 mAh·g-1和16 mAh·g-1。
365建站客服QQ：800083652图2. NRLO中的相干尖晶石孪晶边界结构。
EDS表征暴露W在低级颗粒的界面上阐扬出皆集体（图2a），标明W掩盖了二次颗粒的名义，并同期封装了低级颗粒的名义，这在很猛进度上使NRLO免受电解质腐蚀。如图2b所示，在Ni83的TM层中不雅察到一语气且昭彰的亮堂原子点，暴露出经典的R3-m层状结构。锂层和TM层沿c轴轮流枚举，以变因素层结构（图2c）。Ni83和C-Ni83的晶界常常呈现宽度约为1-8nm的无定形结构（图2d）。比拟之下， W-Ni83-1.5的层状结构晶粒之间不错变成相干的尖晶石孪晶界（图2e-h）。图2j中的HAADF信号弧线暴露，TM轮流占据Li位点，阐明了尖晶石结构的存在。如图2e所示，中间尖晶石和相邻的层状结构晶粒在外延上变成连贯的边界。
图3. NRLO中的相变。
图3a-b暴露了在2.8-4.5 V的入手周期内赢得的原位XRD测试的等值线图。在第一个充电阶段，两个样品的（003）峰都向低角度出动，对应于H1-H2相变。这种入手除锂的经过增多了O层之间的静电遗弃，扩大了层间间距。随后，（003）峰速即向高角度出动，对应于层间间距的快速削弱。在这个阶段，锂索要的增多导致H2-H3相变，导致晶体结构削弱。Ni83 和 W-Ni83-1.5 在充电阶段呈现相通的相变趋势。然则，W-Ni83-1.5的H2-H3相变峰的位移角为0.91°，大于Ni83的位移角（0.8°）。如图3c，W-Ni83-1.5的c轴参数变化（3.4%）比Ni83（2.2%）更显贵。相通，W-Ni83-1.5的晶胞体积变化为7.4%，大于Ni83的5.9%（图3d）。
图4. 电化学性能暴露Li+扩散快。
图4a暴露，在H2-H相变经过中，W-Ni83-1.5的Li+扩散速率比Ni83越过近两个数目级，标明W-Ni83-1.5阐扬出更快的Li+扩散速率。对Ni83、C-Ni83和W Ni83-1.5进行了轮回伏安（CV）测试（图4b）。此外，在0.2 C下测试半电板的轮回性能3个轮回，然后在1 C下进行100个轮回（图4d），除了增强的放电容量外，W-Ni83-1.5还阐扬出更好的轮回矫健性。
图5. 轮回后的结构矫健性。
通过HADDF-TEM真切究诘W-Ni83-1.5在100次轮回后的矫健性。如图5a，轮回后的Ni83名义变成厚厚的岩盐相，进攻了轮回经过中Li+的扩散，导致电化学性能速即着落。比拟之下，W-Ni83-1.5在100次轮回后仍保抓其原有专有的尖晶石相干连结结构和矫健的名义层状结构（图5b）。此外，图5c中的横截面SEM图像暴露沿Ni83低级颗粒的边界出现昭彰的裂纹。而W-Ni83-1.5 保抓高超的口头（图 5d）。使用航行时分二次离子质谱仪究诘了轮回后正极名义的化学因素，Ni83的副反馈居品分散等闲，浸透到颗粒里面。电解质的判辨在W-Ni83-1.5中被显着阻碍。
追忆瞻望
要而论之，该究诘揭示了W引入的NRLOs通过微不雅结构调控的容量增强机制。W-Ni83-1.5在第一个轮回中奏效已毕了14 mAh·g-1的容量增多，其微不雅结构以相干尖晶石双边界为特征，通过像差转变扫描透射电子显微镜表征考据了这小数。
这种微不雅结构修饰灵验地镌汰了Li+迁徙的能量势垒，促进了锂离子的输运，表面建模和电化学测试阐明了这小数。原位XRD在充放电经过中暴露出Li+去除/插入的更深相变，进一步阐明了上述论断。此外，在W-Ni83-1.5的名义和晶界上都变成了均匀的LiWxOy相，从而保护了正极免受电解质的侵蚀。因此，容量翻新的W-Ni83-1.5在200次轮回后可提供82.0%的可逆容量，阐扬出优异的轮回矫健性。
这项职责提供了一种在不殉难轮回性能的情况下提高正极容量的简便改性策略，并为树立性地讹诈微不雅结构想象已毕高比容量和长命命的正极材料提供了一条新路线。
文件信息
Lili Lin, Lihan Zhang*, Zhiqiang Fu, Jiatao Lou, Ziyao Gao, Junru Wu, Chenglei Li, Cuiping Han, Dong Zhou*, Ziqiang Wang*, Baohua Li*, Unraveling Mechanism for Microstructure Engineering toward High-capacity Nickel-rich Cathode Materials, Advanced Materials,
Ni83正极尖晶石微不雅容量发布于：广东省声明：该文不雅点仅代表作家本东说念主，搜狐号系信息发布平台，搜狐仅提供信息存储空间作事。