富鎳三元正極材料，因可逆容量高、成本低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是最理想的下一代高能量密度鋰離子動(dòng)力鋰離子電池正極材料之一。不過(guò)，界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問(wèn)題，嚴(yán)重妨礙了該類(lèi)正極材料的規(guī)?；褂?。

近日，長(zhǎng)沙理工大學(xué)副教授李靈均，與廈門(mén)大學(xué)張橋保、美國(guó)阿貢國(guó)家試驗(yàn)室陸俊、內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校、布魯克海文國(guó)家試驗(yàn)室等海內(nèi)外教授及團(tuán)隊(duì)合作完成了一項(xiàng)工作，通過(guò)第一性原理計(jì)算為指揮，同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的“雙重修飾”富鎳三元正極材料。這種簡(jiǎn)單高效的合成辦法，將有望大大降低高性能富鎳三元材料的加工門(mén)檻。成果日前發(fā)表在國(guó)際期刊《先進(jìn)功能材料》上。

團(tuán)隊(duì)從分解鈦和鑭在富鎳三元材料表面的遷移勢(shì)壘出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鈦摻入體相而鑭逃離至表面的狀態(tài)，為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。依據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，他們合理設(shè)計(jì)并同步合成了“雙重修飾”的富鎳三元材料。材料展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及優(yōu)異的電化學(xué)性能。在60攝氏度高溫循環(huán)150次后，雙重修飾材料的容量保持率，比純相富鎳材料提高了近兩倍。在采用全場(chǎng)透射X射線顯微成像對(duì)循環(huán)前／后的正極材料進(jìn)行可視化研究后，團(tuán)隊(duì)證明“雙重修飾”可抑制正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的出現(xiàn)與循環(huán)過(guò)程中微裂紋擴(kuò)展，循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3＋的不平均分布得到了有效抑制，從而顯著提升了材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

這一發(fā)現(xiàn)為富鎳三元材料的開(kāi)發(fā)和使用供應(yīng)了新思路和理論指揮，有助于高能量密度鋰離子動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展。