近日，材料与能源学院（西南联合研究生院、云南省先进能源材料国际联合研究中心）郭洪教授团队在国际知名期刊Materials Today（影响因子21.1）上发表了题为“Constructing nano spinel phase and Li+ conductive network to enhance the electrochemical stability of ultrahigh-Ni cathode”的研究论文。（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.08.002）

近些年来，动力锂电池不断追求高续航里程，因此开发具有高能量密度的超高镍（Ni≥90%）正极材料有重要意义。超高镍正极材料由于内部结构和界面结构的不稳定性，导致其使用寿命不理想。这些缺陷主要来自二次颗粒的开裂和副反应的发生。高氧化态元素 （如Ta5+，Mo6+，W6+等） 的引入，可有效缓解二次颗粒的应力积累并减少微裂纹。然而，对于这些新型的高镍正极材料，一些关键的科学问题仍然存在争议。因此，有必要进一步研究高氧化态元素在高镍正极材料中所处的位置和具体的作用机制，并开发新的改性策略，进一步由内而外的稳定这些正极材料的微观结构。

本文首次提出了一种新的原位改性策略来构建具有双钉扎效应的LiNi0.9Co0.09W0.01O2 （NCW）正极材料和Li2TiO3锂离子导电网络，STEM和DFT计算结果证实，高价态钨离子（W6+）有序地分布在过渡金属层中，降低了（003）表面的能量，导致初生晶粒沿[100]方向生长。更重要的是，W的加入诱导了纳米尖晶石相的形成，为Li+的扩散提供了三维途径，缓解了应力积累。Ti钉扎入晶格中增大了LiO6层的层间距，且较强的Ti-O键可以抑制晶胞体积的变化，而Li2TiO3锂离子导电网络保护了活性物质不受电解液的侵蚀。在Li2TiO3层和Ti掺杂的双重作用下，NCW正极具有坚固的保护层和稳定的层状结构，Ti改性后的NCW正极材料在1C循环500次后全电池的容量保持为93.0%，并且在运行过程中晶格氧的稳定性得到显著提高。该策略可应用于其他具有Li2TiO3包覆层同时掺杂Ti的先进锂离子电池正极材料（如NCB90、NCTa90、NCMo90等），为全面提高超高镍正极材料的性能提供了新方法。

云南大学材料与能源学院硕士研究生黄文进为论文第一作者，郭洪教授，孙勇疆副教授为通迅作者。该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、省先进能源材料国际联合研究中心、省高校全固态离子电池重点实验室，云天化股份有限公司及云南大学“双一流”学科建设项目的支持。

来源：材料与能源学院

编辑：李哲 责任编辑：陈涛